LaMg2Ni9-x-y-zCoxMnyCuz系列储氢合金的制备、组成及其电化学性能研究

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本文根据正交实验方案,采用共沉淀还原扩散法制备LaMg2Ni9-x-y-zCoxMnyCuz(x=1.8,2.1,2.4,2.7,3.0,y=2.1,2.4,2.7,3.0,3.3,z=0.3,0.6,0.9,1.2,1.5)系列储氢合金,对制备条件进行探索,通过理论计算、成分分析等对合金的组成进行研究,并用BTS-高精度电池测试仪研究其电化学性能,用X衍射分析其相结构,希望通过对合金成分的多元化来提高合金的综合电化学性能。研究表明,当水浴温度70℃,搅拌速度400rad/min,沉淀剂滴加速度5ml/min,并用去离子水与醋酸交替洗涤合金后,能够制备出粒度均匀、钙质较少的合金。化学法测定合金替代部分的化学组成结果表明,Co、Mn、Cu的测定含量均略低于原始加入量,但是变化规律相近,共沉淀还原扩散法制备的LaMg2Ni9-x-y-zCoxMnyCuz系列储氢合金其化学组成与制备时金属离子的加入量(原始配比)接近。该系列合金的放电容量均高于单元素替代时合金的放电容量,其平均值可达184.88mAh/g,LaMg2Ni2.7Co2.1Mn2.7Cu1.5的放电容量最大,达365 mAh/g;合金的循环稳定性降低,100次循环放电容量递减率普遍大于单元素替代时合金的放电容量递减率,其平均值为49.64%,其中LaMg2Ni1.2Co3.0Mn3.3Cu1.5的放电容量递减率最小,为29.38%;合金成分对活化次数的影响较小,维持在1~5次,优于单元素替代时合金的活化性能。通过综合评分法确定在被研究合金中,LaMg2Ni2.7Co2.1Mn2.7Cu1.5的综合电化学性能最好,该合金的最大放电容量为365mAh/g,100次循环容量递减率为36.38%,活化次数为2次;对具有代表性合金进行X射线衍射分析结果表明,本系列合金的相结构更加多元化,综合电化学性能最好的合金LaMg2Ni2.7Co2.1Mn2.7Cu1.5的主相为La4Co3相,循环稳定性最好的合金LaMg2Ni1.2Co3.0Mn3.3Cu1.5的主相为LaNi5相,同时伴有部分的La4Co3相,最大放电容量最小的合金LaMg2Ni4.8Co1.8Mn2.1Cu0.3和循环稳定性最差的合金LaMg2Ni3.9Co2.1Mn2.1Cu0.9的主相均为Co相。因此初步认为La4Co3相能够提高合金的综合电化学性能,LaNi5相能提高合金循环稳定性,而Co相出现则是造成两合金电化学性能变差的主要原因。
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