本文在全面综述PuNi3结构稀土系贮氢合金国内外研究进展的基础上,以AB2C9型La-Ti-Mg-Ni系合金为研究对象。通过XRD、PCT、吸放氢动力学、SEM、正电子湮没符合多普勒展宽和正电子寿命的测量,以及恒流充放电、循环伏安的电化学测试,系统考察元素替代以及热处理对La-Ti-Mg-Ni系合金的微观结构、气态贮氢和电化学性能的影响规律及作用机制。对La2-xTixMgNi9 (x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金的相结构及贮氢性能的研究结果表明,具有六方CaCu5型结构的LaNi5相(空间群P6/mmm)和具有斜六体PuNi3型结构的LaNi3相(空间群R-3m)、LaMg2Ni9相(空间群R3m)为合金的主相。随x的增加,LaNi5、LaNi3相的晶胞参数基本没有变化,但当x>0.3时,LaMg2Ni9相晶胞体积开始减小,主要原因是Ti的原子半径(1.45A)小于La的原子半径(1.88A)所致。合金气态贮氢测试表明,随Ti含量的增加,合金的最大贮氢量从1.51wt.%(x=0.1)逐渐减小至1.22wt.%(x=0.4)；而吸放氢平台压则先减小后增大,以La1.8Tio.2MgNi9合金吸放氢平台压最低,这表明,适当的Ti取代La可以降低La2-xTixMgNi9 (x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金的平台压。在La2-xTixMgNi9 (x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金中,La1.9Tio.1MgNi9合金氢化物的稳定性相对较高,导致其放氢过程放氢动力学性能较差。此外,电化学性能测试显示,当Ti替代量为x=0.2时,合金电极具有较好的综合电化学性能,其最大放电容量为333.2mAh/g, 1100mA/g放电电流密度下的高倍率放电能力HRD1100为83.7%,但50次充放电循环后放电容量仅有203.7mAh/g,尚有待于进一步改进研究。为改进上述合金的综合贮氢性能,对La2-xTixMgNi9 (x=0.1,0.2,0.3)合金进行退火处理,研究退火条件对这三种合金相结构、气态贮氢和电化学性能的影响。结果表明,在所有合金组成相中(LaNi5、LaNi3、LaMg2Ni9和Ti2Ni相),Ti2Ni相在900℃时出现,而LaMg2Ni9相则在900℃的Lai.9Ti0.1MgNi9合金中消失。热处理增强合金相衍射峰的强度,使合金成分和组织结构更均匀,从而提高合金的最大贮氢量、有效吸氢量和吸放氢动力学性能,降低合金氢化物的稳定性以及吸放氢平台压。退火后,合金的吸放氢滞后增大,主要原因是退火处理降低合金的晶格应变和缺陷,改善合金成分和组织均匀性,从而减少合金的吸放氢通道。退火温度对三种合金最大贮氢量、有效吸氢量以及吸放氢动力学性能影响的效果不相同,对La1.9Ti0.1MgNi9合金,这三个特征量在800℃时达到最大,而对La1.8Ti0.2MgNi9和La1.7Ti0.3MgNi9合金,则在900℃时为最高,主要原因是由于900℃时,在La1.9Ti0.1MgNi9合金中,具有温和吸放氢条件的LaMg2Ni9相消失,而吸放氢条件苛刻的Ti2Ni相出现所致。电化学测试表明,La2-xTixMgNi9 (x=0.1,0.2,0.3)合金经退火处理,电化学性能(最大放电容量、循环稳定性、高倍率放电能力)得到显著改善,而且以900℃的La1.8Tio.2MgNi9合金电极的性能为最佳,其最大放电容量为365.7mAh/g, 1100mA/g放电电流密度下的高倍率放电能力HRD1100达到85.1%。而且,该合金电极在放电容量衰减至最大放电容量60%时需要经过177次充放电循环,远高于其铸态下的52次循环,主要原因是退火合金成分组织均匀化,抗粉化能力提高；合金中具有吸氢作用与催化作用的LaNi5相对电催化活性差的Ti2Ni相起到了催化作用,使电化学容量较高Ti2Ni相实现了可逆吸放氢。为提高La1.8Tio.2MgNi9合金的综合性能,采用Co部分取代合金B侧Ni,系统研究La1.8Tio.2MgNi9-xCox (x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)合金(分别标记为Co0、Co1、Co2、Co3、Co4、Co5合金)的微观结构、气态及电化学贮氢性能,结果发现,上述合金的主相为LaNi5相和LaMg2Ni9相。Co的力口入基本没有改变合金中LaNi5相的晶胞参数,却使LaNi3相消失。随Co含量的增加,合金中LaMg2Ni9相晶胞体积的大小变化顺序为：Co0>Co5>Co3>Co1>Co4>Co2。与Co2和Co4合金相比,具有较大晶胞体积的Co0、Co1、Co3和Co5合金吸氢容量较高。所有合金中,Co4合金的吸氢容量和吸放氢滞后最小,而放氢平台压最高。对Co2和Co5合金吸氢前和反复吸放氢10次后的正电子淹没寿命谱与符合多普勒展宽谱的研究表明,Co2和Co5合金吸放氢后,正电子平均寿命增大、高动量电子浓度降低,这主要与合金多次吸放氢后缺陷增多有关。随Co含量的增加,合金电极的最大放电容量从333.2mAh/g (Co0)增大到365.2mAh/g (Co1)、364.9mAh/g (Co2)、350.2mAh/g (Co3)、353.5mAh/g (Co4)和364.7mAh/g(Co5),这表明Co的加入有利于合金电极最大放电容量的提高。在电化学循环测试中,Co的加入可以改善合金电极的循环稳定性,而且以Co5合金电极为最佳,但是Co5合金电极每次充放中放电容量衰减量高达1.83mAh/g·cycle,经80次循环后放电容量仅有218.7mAh/g,因此,其循环稳定性仍有待提高。对La1.8Tio.2MgNi9-xAlx(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)合金的相结构及电化学性能的研究表明,所有合金均包含LaMg2Ni9相。掺A1后,由于A1的固溶,合金中LaNi5相转变为La(Ni, Al)5固溶相,同时,合金相的峰强度增大,合金成分和组织更均匀。随A1含量的增加,合金相的晶胞体积先减小后增大,当x=0.3时达到最小,而x=0.4或0.5时则为最大；x>0.2时,合金中LaNi3相消失,LaNi2相出现。所有合金在2-3次充放电中就可达到其最大放电容量,表现出良好的活化性能。它们的最大放电容量随x的增加先增加后减小,从333.2mAh/g (x=0)增大到357.7mAh/g (x=0.1)后逐渐降低至319.8mAh/g (x=0.5)。La1.8Tio.2MgNi8.9Al0.1合金电极活化过程放电容量最大,主要与该合金具有比La1.8Tio.2MgNi9合金更均匀的组织结构以及当A1含量X≥0.2时,LaNi3相消失、LaNi2相出现有关。A1部分取代Ni,有利于合金电极循环稳定性的提高,其中以La1.8Tio.2MgNi8.7Alo3合金电极循环寿命最长,这可能归因于其适量的A1含量以及较小的晶胞体积所致。比较分析可知,所有合金电极中,La1.8Tio.2MgNi8.7Al0.3合金电极综合电化学性能较好,其最大放电容量为340.0mAh/g,经100次充放电循环后放电容量保持率为60%。