镧-钇(Y)-镍系A2B7型合金储氢性能及稀土钇的影响

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiuzhizhedetiantang
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探索新型储氢合金负极材料是发展大容量及高功率镍氢电池的关键和基础。La-Mg-Ni系超点阵结构储氢合金虽然具有较高的电化学放电容量和良好的动力学性能,但合金体系中镁元素易腐蚀、挥发和在工业熔炼过程中存在安全隐患是限制其实际应用的突出问题。本文在系统综述La-Mg-Ni系储氢合金国内外研究现状及前期工作基础上,以类稀土元素Y替代Mg,设计了新型无镁超点阵结构A2B7型La1-xYxNi3.5(x=0-1)、La1-xYxNi3.25Mn0.15Al0.1(x=0-1)与La0.15Y0.85Ni3.35-xMn0.15Alx(x=0-0.5)退火合金,采用多种实验和分析方法系统研究了A端稀土Y元素,B端Mn、Al元素对退火合金微观组织结构、储氢行为及电化学性能的影响,得到以下结果。首先以La1-xYxNi3.5(x=0-1)退火合金为研究对象,系统研究了A端不同Y元素含量对合金相结构、储氢性能和电化学性能的影响。研究结果表明退火合金微观组织为多相结构,除x=0.67合金主相为AB5型相外,其余合金主相均为A2B7型相。合金气体储氢时其吸放氢平台压较高,平台斜率较大,吸放氢滞后现象明显,吸氢平台压范围为0.4453.190 MPa,最大吸氢量为1.0331.315 wt%,合金吸氢速率控制步为氢在合金体相中的扩散。电化学分析结果表明,合金电极放电容量为83.3-184.4 mAh/g,经100次充放电循环后的容量保持率S100=74-95%。其次以La1-xYxNi3.25Mn0.15Al0.1(x=0-1.0)退火合金为研究对象,系统研究了A端Y元素,B端Mn、Al元素对合金相结构、储氢性能和电化学性能的影响。研究结果表明退火合金微观组织的主相均由Ce2Ni7型结构组成,随稀土Y含量增大,Ce2Ni7型主相丰度呈先增加后减小规律,Ce2Ni7型主相晶胞体积V也依次减小。气体储氢时,x=0.00.25合金无PCT曲线平台且易形成氢致非晶化,当x≥0.5时,合金可有效抑制储氢时的氢致非晶化倾向且具有明显的吸放氢平台特征,吸氢平台压范围为0.0260.097MPa,最大储氢量为1.4181.48 wt.%,合金吸氢速率控制步为氢在合金体相中的扩散,储氢性能得到极大改善。电化学测试结果表明,x=0.670.75合金电极具有较高放电容量376381 mAh/g,经100次充放电循环后的容量保持率S100=8085%;合金电极的高倍率放电性能HRD900=64.585.7%,氢原子在合金体相中的扩散是电极反应动力学过程的控制步骤。最后以La0.15Y0.85Ni3.35-xMn0.15Alx(x=0-0.5)退火合金为研究对象,系统研究了B端不同Al元素含量对合金相结构和电化学性能的影响。研究结果表明,退火合金微观组织主相为2H-Ce2Ni7型相,随Al含量x增大,2H-Ce2Ni7型主相相丰度呈先减小后增大再减小的规律,x=0.2时合金主相2H-Ce2Ni7型相相丰度最高(79.83 wt.%)。电化学分析结果表明,合金电极均具有较好的活化性能,最大放电容量为368.8 mAh/g(x=0.2),经100次充放电循环后其容量保持率S100=41.6893.95%,合金电极的高倍率放电性能HRD900=65.9289.62%,合金电极反应动力学控制步骤主要由氢原子在合金体相中的扩散速率所控制。
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