A端元素對A2B7型儲氫合金結構和電化學性能的影響.pdf

1、本文為了進一步優化稀土-鎂-鎳系儲氫合金的A端成分，以提高合金電極的循環壽命，并且加強對稀土資源的平衡利用，確立了稀土-鎂-鎳系A2B7型合金為研究對象，并運用一系列的研究和測試手段對該系合金進行微觀組織結構、儲氫性能、電化學及動力學性能方面的研究。重點研究了A端混和稀土元素含量及其與鎂的關聯變化以及在其基礎上的熱處理工藝等對合金結構和各個性能的影響規律。
　　首先采用感應熔煉方法制備A2B7型La0.83-0.5x(Pr0.1N

2、d0.1 Sm0.1Gd0.2)xMg0.17Ni3.1Co0.3Al01(x=0～1.66)儲氫合金，并在He+Ar氣氛和1173K下進行退火處理。通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和電化學方法，系統研究了混合稀土(Pr，Nd，Sm，Gd)替代La元素對合金物相結構和電化學性能的影響規律。合金相結構分析表明，混合稀土含量對合金組成和相結構有重要的影響，隨混合稀土含量x的增加，合金中主相A2B7型（2H-Ce2Ni7型+

3、3R-Gd2Co7型）相豐度逐漸增多，其中2H-Ce2Ni7型相豐度先增多后減少，3R-Gd2Co7型相豐度則逐漸增加，主相晶胞參數隨x增加而減小。電化學分析結果表明，隨混合稀土含量增加，放氫平臺壓逐漸升高，合金電極的最大放電容量和循環穩定性均呈先增大后減小的規律，其中x=0.4合金電極具有最高的電化學放電容量（389.8mAh·g-1）和最佳的循環壽命(S100=91.30％);合金電極的高倍率放電性能(HRD)則隨x的增加獲得顯著提

4、高。適量的混合稀土替代量可顯著改善合金電極的綜合電化學性能。
　　在前期工作的基礎上，以其中綜合電化學性能最好的一組合金作為研究對象，分別對該成分系列A2B7型合金La0.43(Pr0.1Nd0.1 Sm0.1Gd0.2)0.4Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1及AB3.3型合金La0.8-x(Pr0.1Nd0.1S m0.1Gd0.2)0.4MgxNi2.9Co0.3Al0.1(x=0.15，0.17，0.2)進行(11

5、73K，8h)、(1203K，8h)、(1223K，8h)及(1273K，6h)四種條件下的均勻退火熱處理。研究表明，兩種成分下，合金的微觀結構組成不同，各相豐度變化規律也不同，前者只隨著退火條件不同而變化，后者則隨退火條件和成分各有變化規律。并且這種影響也反映到了合金的吸放氫性能和電化學性能上，說明熱處理條件和成分均對A端為混合稀土的合金電極性能影響較大。
　　最后，針對前期工作中發現的關于鎂元素和非鑭混合稀土元素對合金電極性能

6、影響規律相似性問題進行了探究。設計了成分配比為La0.7-0.35x(Pr0.1Nd0.1 Sm0.1Gd0.2)xMg0.3-0.15xNi3.1Co0.3Al0.1(x=2.0，1.0，0.5，0.3，0.0，)的合金電極。研究結果表明，合金微觀組織由Pr5Co19型、2H-Ce2Ni7型、3R-Gd2Co7型及PuNi3型相組成，隨著x的減小，即鎂元素含量的增加，非鑭稀土含量的減少，合金中Pr5Co19型相先增加后減少，PuNi3

7、型相逐漸減少，2H-Ce2Ni7型相先增多后減少，3R-Gd2Co7型相逐漸增加。在適量的稀土和鎂含量共同作用下，合金較高的會具有2H-Ce2Ni7型相豐度。合金電極的平臺壓力先降低后升高，吸氫量先增加然后又減少。合金電極均能在1～3次充放電循環中完全活化，其放電容量最大值為387.6 mAh·g-1，合金電極放電容量呈先增加后減小規律，容量保持率先增大后減小，合金電極電化學性能的變化與合金微觀組織及相豐度有關。合金電極的高倍率放電性能