La-Mg-Ni系AB3.8型La0.75Mg0.25Ni3.3Co0.5储氢电极合金的结构与电化学性能研究

摘要

La-Mg-Ni系储氢合金是近年来出现的一种新型储氢材料，由于其具有比目前已商业化的稀土系AB5型储氢合金电极更高的放电容量，引起人们广泛的关注。然而，因La-Mg-Ni系合金中镁元素易挥发，采用常规熔炼方法很难制备该类储氢合金，而且其循环稳定性较差，这成为阻碍其应用发展的关键问题。 本文在针对合金制备困难和循环稳定性差的基础上，本文系统研究了La0.75Mg0.25Ni3.3Co0.5合金，并得到了一些重要结论。
　　首先，研究了La-Mg-Ni系储氢合金颗粒度及充放电电流对合金电极电化学性能的影响，研究表明当La0.75Mg0.25Ni3.3Co0.5铸态合金颗粒度为48μm时，其储氢合金电极的电化学性能最佳;合金电极充放电电流分别为100 mA/g和60 mA/g时，合金电化学性能达到最佳。
　　其次，为了改善La-Mg-Ni系储氢合金的循环稳定性，研究了La0.75-xYxMg0.25Ni3.3 Co0.5(x=0-0.4)合金的相结构及其性能，结果表明:所有储氢合金均由LaNi5相和(La，Mg)2Ni7第二相组成，合金晶格参数和晶胞体积随Y含量的增加而减小;随Y含量的增加，合金的活化性能及最大放电容量有所下降，合金电极的放电电势平台宽度及循环稳定性有所上升;合金电极的循环伏安峰面积先增大后减小，在x=0.1时达到最大，且此时合金电极的动力学性能较好。
　　最后，为了开发更好的La-Mg-Ni系储氢合金制备技术，首先通过真空电弧炉制备La0.7Y0.05Ni3.3Co0.5铸态合金，然后，通过机械合金化制备La0.7Y0.05Mg0.25Ni3.3Co0.5储氢合金，最后对复合合金进行退火处理，并详细研究了合金的微观结构和电化学性能。结果表明:铸态合金La0.7Y0.05Ni3.3Co0.5由单一的LaNi5相组成，而球磨和退火的La0.7Y0.05Mg0.25Ni3.3Co0.5各合金均由LaNi5和(La，Mg)2Ni7相组成，退火后合金中的(La，Mg)2Ni7相的含量少于球磨合金中的含量。所制备合金均具有良好的活化性能，铸态合金的最大放电容量高于球磨合金，而低于退火态合金;制备合金的容量保持率顺序依次为退火合金＞球磨合金＞铸态合金。合金球磨1h进行退火后，最大放电容量及放电电位特性达到了最大值，合金球磨3h进行退火后，循环稳定性最好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 镍金属氢化物(Ni／MH)电池工作原理

1．3 储氢合金基本性质

1．3．1 储氢电极合金中氢的位置

1．3．2 储氢电极合金的吸放氢反应机理

1．4 储氢电极合金的分类及其研究概况

1．5 La-Mg-Ni系储氢电极合金的主要研究进展

1．5．1 相结构

1．5．2 成分优化

1．5．3 制备工艺优化

1．5．4 影响储氢合金电化学性能的工艺参数及测试条件

1．6 本文的研究思路及主要研究内容

第二章 试验方法

2．1 合金的成分设计及样品制备

2．1．1 合金成分设计

2．1．2 合金样品制备

2．2 合金微观结构测试

2．2．1 XRD分析

2．2．2 XPS分析

2．3 合金的电化学性能测试

2．3．1 合金电极的制备

2．3．2 电化学测试装置

2．3．3 电化学性能

2．3．4．动力学性能

第三章 电极片的制备工艺参数及测试条件对合金性能的影响

3．1 实验方法

3．2 合金粉颗粒度的影响

3．2．1 合金相结构

3．2．2 活化性能和最大放电容量

3．2．3 放电特性

3．2．4 循环稳定性

3．3 充放电机制的影响

3．3．1 不同充电电流对合金电化学性能的影响

3．3．2 不同放电电流对合金电化学性能的影响

3．4 本章小结

第四章 La0．75-xYxMg0．25Ni3．3Co0．5(x=0-0．4)合金的相结构及性能

4．1 实验方法

4．2 合金相结构

4．3 电化学性能

4．3．1 活化性能和最大放电容量

4．3．2 放电特性

4．3．3 循环稳定性

4．4 动力学性能

4．5 本章小结

第五章 La0．7Y0．05Mg0．25Ni3．3Co0．5储氢合金优化的制备工艺

5．1 实验方法

5．2 合金XRD分析

5．3 合金XPS分析

5．4 电化学性能

5．4．1 活化性能和最大放电容量

5．4．2 放电特性

5．4．3 循环稳定性

5．5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 对今后研究工作的建议和展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间发表和完成的论文