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本文以无钴过化学计量比稀土系储氢合金La(NiMnM)x(x=5.6~6.0,M=Cu、Al、Fe、Sn等)为研究对象,采用DTA、XRD、SEM/EDS以及电化学测试等手段,比较系统地研究了储氢合金的化学计量比以及退火处理和快速凝固等制备技术对上述储氢合金组织结构和电化学性能的影响,提高储氢合金的电化学性能。 La(NiMnM)6.0(M=Cu、Q、Sn、Co)快速凝固(≥30m/s)合金以及低温退火(≤500℃)合金均为单一的CaCu5型结构,高温退火合金中有第二相析出,主相保持CaCu5型结构。电化学测试结果表明,快速凝固合金活化困难(7~12次),容量低,高倍率放电性能差,但循环稳定性好。退火后合金活化性能得到改善(1~3次),容量提高,高倍率放电性能提高,循环稳定性降低。快速凝固合金经过不同元素替代Ni后电化学性能表现也各不相同,高温(1000℃×24h)退火处理后Cu0.2合金容量提高到299mAh/g,循环稳定性降低S100=86%;而Sn的替代降低了合金容量(216mAh/g),提高了循环稳定性(S100=97%)。 快速凝固La(NiMnM)5.6(M=Cu,Al,Fe,Sn)合金以及低温退火合金均为单一的CaCu5型结构。快凝合金成分均匀,晶粒为细小柱状晶;低温退火使合金的晶粒长大,快凝的组织形貌消失。电化学实验表明,快速凝固过化学计量比合金LaNi4.68Mn0.93的容量相对快凝AB6.0合金有很大提高,但循环稳定性降低;Al、Fe元素替代的合金提高了最大放电容量,循环稳定性提高;Cu、Sn元素替代合金容量降低,循环稳定性提高;活化次数需要6次循环以上才能达到最大放电容量。低温退火La(NiMnM)5.6(M=Cu,Al,Fe,Sn)合金的活化性能改善(1-6次),容量提高,但循环稳定性下降。Cu0.2合金的高倍率放电性能在退火后改善,而Al0.2和Fe0.2合金在退火后高倍率放电性能降低。 对不同计量比和冷却速度的快速凝固合金的研究结果表明,冷却速度35m/s,成分为LaNi4.48Mn0.93Al0.2经400℃×1h退火处理的合金具有较好的综合电化学性能,其活化次数为4次,最大放电容量Cmax=311mAh/g,高倍率放电性能HRD600=79.25%,100次循环后容量保持率S100=89%。 由此可见,将过化学计量比的储氢合金通过元素替代进行快速凝固加低温退火处理可有效改善其电化学性能,从而达到降低钴含量的目的。