二步重熔法制备Mm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3/Mg2Ni复合贮氢合金电化学性能及相结构的研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wumingshan2009
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目前使用AB5型稀土系贮氢合金作为负极材料的二次电池存在的主要问题是容量低、寿命短,国内外主要是采用机械合金化法将其与高容量的镁系合金进行复合来解决该问题。但该法存在球磨时间较长,相与相之间结合不紧密,表面易氧化,循环稳定性差、引入杂质,污染合金等问题。为了进一步改善Mm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3的性能,本文采用二步重熔法制备Mm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3/x wt%Mg2Ni复合材料。先分别制备母合金Mm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3与Mg2Ni,然后将二者粉碎并按设计的配比混合后进行重熔,制备出所需复合贮氢合金。采用电化学方法测试了合金的电化学性能、PCT特性;分析计算了其热力学性能。采用XRD、SEM、EDS等方法分析复合贮氢合金的相结构及成分,研究Mg2Ni含量对复合贮氢合金热力学性能、电化学性能及相结构的影响规律。研究结果表明,复合后合金的循环稳定性较单一稀土系贮氢合金有明显的改善,其容量保持率较Mm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3合金提高了16% ;合金Mm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3的容量在第133次充放电循环时开始迅速衰减,第150次循环时其电化学容量仅为初始容量的49.6%,而复合合金的容量衰减率可达89.1%。Mm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3/5 wt%Mg2Ni复合贮氢合金表现出综合性较好的热力学性能和电化学性能,其活化次数最少,Cn =6,最大放电容量为274.4mAh/g,高倍率放电能力HRD600为32.5%,经200次充放电循环后的容量保持率S200为78.24%;合金的放氢平台较宽,斜度较小,合金的放电平台压为1.022 V,平台电压下的放电持续时间可达4.42h,有效吸放氢量约290 mAh/g。对复合贮氢合金进行XRD分析,结果表明,Mm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3合金中LaNi5相的最强峰比所制备的复合贮氢合金中LaNi5相的最强峰更尖锐,半高宽也较窄。这表明加入适量Mg2Ni有利于基体合金的晶粒细化。SEM、EDS分析结果表明,随Mg2Ni含量的增加,合金的显微组织结构由层片状(x=5)逐步向针状(x=10)、块状(x=30)结构转变,同时Mg2Ni相有所长大,合金中还发现有Al与Ni的富集相。复合贮氢合金中,Mg2Ni量达到30wt%时,合金常温下很难被活化,其最大放电容量仅为90.72 mAh/g,200次充放电循环后的容量保持率为61.86%。合金的HRD900值小于15%。因此,复合贮氢合金中Mg2Ni含量亦不宜过高。
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