La-Mg-Ni-Co系貯氫合金電化學性能的研究.pdf

1、具有較高電化學容量和較好活化性能的La-Mg-Ni系列合金是目前新型合金電極研究的一個熱點。然而，由于該系列合金在KOH電解液中循環穩定性較差而阻礙其大規模的開發應用。為提高該系列合金電極的電化學循環壽命，本文以Ar氣保護下磁懸浮感應熔煉方法制備的AB3.3型La0.7Mg0.3Ni2.6Co0.7鑄態合金為基礎，利用退火處理、改變貯氫合金電極片制備過程不同導電劑的含量以及元素替代的方式，制備一系列La-Mg-Ni-Co合金電極，通過X

2、射線衍射(XRD)以及恒流充放電、電化學反應阻抗(EIS)、線性極化、Tafel極化、循環伏安(CV)和恒電位階躍的電化學測試，全面分析實驗制備的La-Mg-Ni-Co系合金電極的電化學性能。論文的主要研究結論如下：
　　 對鑄態及退火態(873K，1073K)La0.7Mg03Ni2.6Co0.7合金，XRD分析表明合金的主相都由LaNi5相、型LaN3、La2Ni7相組成。退火后，金電極的抗腐蝕能力提高，循環穩定性得到改善，

3、在55次充放電循環后合金電極的容量保持率S55從48.3％（鑄態）增加到67.8％(T=1073K)，主要是與退火后合金相組織成分均勻化程度提高有關。經退火處理，合金電極在Tafel極化測試中的極限電流密度IL有所降低，從1279.3mA/g（鑄態）降低到1234.7mA/g(T=873K)，而線性極化中交換電流密度I0則由109.8mA/g（鑄態)增大到416.4mA/g(T=1073K)，由此可知，退火態La0.7Mg0.3Ni2.

4、6Co0.7合金電極降低的高倍率放電性能主要與氫在合金體內擴散速率降低有關，與合金電極表面電荷轉移無關。
　　 研究不同含量的羰基鎳粉對La0.7Mg0．Ni2.6Co0.7合金電極電化學性能的影響，電化學測試得到隨著羰基鎳粉含量的增加，La0.7Mg0.3Ni2.6Co0.7合金電極循環壽命S55從53.3％(1∶1)增加到67.8％(1∶4)；線性極化測試得到交換電流密度I0從356.5mA/g(1∶1)降低到286.0mA

5、/g(1∶2)再增大為416.4mA/g(1.4)。電化學反應阻抗(EIS)得到比例為1∶3、1:4時合金電極的Rct較小，合金電極的擴散系數DH從5.99×10-11cm2．s-1(1∶1)增大到8.21×10-11cm2·s-1(1∶4)。
　　 研究不同鎳粉、活性炭對La0.7Mg0Ni2.6Co0.7合金電極電化學性能的影響，研究得到鎳粉、活性炭添加到貯氫合金電極都能提高合金電極的最大放電容量，但合金電極的循環壽命沒有明

6、顯得到提高；加入鎳粉時合金電極HRD1200從40.2％（x=0）增大到75.7％(x=12.5)，加入活性炭時合金電極HRD1200從40.2％（x=0）增加到75.7％（x=7.5）。
　　 對La0.7Mg0.3Ni2.6Co0.7-x(FeAl)x（x=0，0.05，0.10，0.15，0.20）合金電極電化學性能的研究，XRD分析表明LaNi5、LaNi3、La2Ni7相為合金的主相，當x=0.20時合金中MgNi2相

7、出現。Fe、Al部分替代Co，La0.7Mg0Ni2.6Co0.7-x(FeAl)x(x=0，0.05，0.10，0.15，0.20)合金電極的最大放電容量有所降低，而循環穩定性S55提高，從48.3％(x=0)提高到70.1％(x=0.15，0.20)，主要是由于Al的添加，使合金表面形成一層致密的Al2O3，減少充放電過程合金顆粒氧化，同時，Fe的加入也減小合金電極電化學循環過程合金顆粒粉化。添加適量的Fe、Al替代Co有利于合金電

8、極高倍率放電性能的提高，這與適量Fe、Al加入后，合金電極線性極化中交換電流密度增加，氫在合金電極表面的轉移速率增大有關。
　　 研究Cu部分替代Co對La0.7Mg0.3Ni2.6Co0.55(FeAl)0.15貯氫合金電化學性能的影響，當x＞0時，合金中MgNi2相出現。隨著Cu不斷替代Co，合金電極的最大放電容量逐漸減小，從350.5mAh/g(x=0)依次下降到321.8mAh/g（x=0.25），主要是由于Cu的加入（

9、x＞0）合金中MgNi2相出現，而MgNi2相在常溫常壓下吸放氫性能較差。Cu取代Co使合金電極的循環穩定性有所提高，主要原因是致密Cu氧化膜的形成減緩合金電極的在電解液的腐蝕速率，同時，含Cu合金較大的晶胞體積，可有效抑制吸放氫過程中合金體積的膨脹與收縮，提高合金的抗粉化能力。Tafel測試表明，合金電極的隨著Cu替代量的增多，合金電極的極限電流密度IL變大，從586.0mA/g(x=0)到最大1698.7mA/g(x=0.10)，但