低钴La-Mg-Ni系贮氢电极合金的结构及电化学性能

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为研究开发低成本、具有良好循环稳定性的La-Mg-Ni系贮氢电极合金,本文设计研究了系列低钴及无钴La-Mg-Ni系合金,在La-Mg-Ni系合金中引入Al及采用热处理,以提高合金的循环稳定性。结合XRD、SEM、XPS等现代材料测试分析方法,系统研究了材料的成分及热处理对材料的结构和其电化学性能的影响,探讨了影响材料电化学性能的主要结构因数及其影响机制。研究了Al对Ni的部分替代对无钻La0.7Mg0.3Ni3.5-xAlx(x=0-0.4)贮氢电极合金的相结构及电化学性能的影响。研究发现,合金主要由(La,Mg)Ni3相与LaNi5相组成,Al的替代引起主相的晶胞体积增大和少量的AlNi3和MgNi2相的出现。Al能有效提高合金的循环稳定性,且随Al含量的增加,合金电极的循环稳定性能明显改善。100次循环后容量保持率(S100)由26.3%(x=0)增加到55.5%(x=0.4),但其最大放电容量(Cmax)和动力学性能下降。论文对La-Mg-Ni系合金中提高合金的循环性能的有效元素Co和Al作用的相关性进行研究。通过对La0.7Mg0.3Ni3.5Co0.75-xAlx(x=0-0.4)合金的成分、结构和电化学性能的相关性的研究发现,合金的主要相组成为(La,Mg)Ni3相和LaNi5相,Al替代Co使(La,Mg)Ni3相含量降低,LaNi5相含量增加,晶胞参数和体积增大。随着Al的增加和Co的减少,合金电极的Cmax下降,而S100从46%(x=0)升高到82%(x=0.4)。论文相关研究表明,Al提高合金循环稳定性的主要原因是其提高了合金的抗粉化和抗腐蚀性能。在采用Ni进一步替代Co以减低Co含量的研究中,研究了La0.7Mg0.3Ni2.75+xCo0.45-xAl0.3(x=0-0.4)合金的成分、结构和其电化学性能的相关性。研究结果表明,合金主要有(La,Mg)Ni3和LaNi5相组成。随着x值增加,铸态合金电极的Cmax上升,动力学性能得到提高,但循环稳定性略有下降。结合采用1173 K×8 h的退火处理,可使合金电极的容量及循环稳定性均得到不同程度的有效提高。
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