钆、钴和镁元素对稀土系A2B7型储氢合金电极材料电化学性能的影响

摘要

本文在对国内外R-Mg-Ni(R=La、Ce、Pr、Nd等稀土元素)系储氢合金研究进展进行综述的基础上,确定以La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金为研究对象,运用XRD、EPMA、Rietveld全谱拟合等材料研究方法和电化学测试方法对合金进行相结构与电化学性能的研究。重点考察了Gd、Co、Mg元素部分替代对La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金的相组成和储氢性能及电化学性能的影响规律。
　　 以La0.83-xGdxMg0.17Ni3.05Co0.3Al0.15(X=0～0.5)合金为研究对象,本文系统考察了稀土元素Gd部分替代La对合金相结构和储氢性能及电化学性能的影响。结果表明,Gd含量对合金相结构有显著影响,Gd含量较低时,合金退火组织中仍保留有凝固时析出粗大块状的CaCu5型初晶相,其周边依次被Ce2Ni7型和Pr5Co19型包晶相所包围;适当提高合金中的Gd含量,CaCu5型相的含量明显减少或基本消失,而A2B7型相(Ce2Ni7或Gd2Co7)明显增加,说明适量的Gd元素替代La有利于形成A2B7型相。Gd的加入能够改善合金的氢化性能,合金的PCT吸氢平台压力随Gd含量的增加而升高。稀土元素Gd部分替代La可以有效改善合金电极的循环稳定性,当x=0.2时,合金电极放电容量达到最大值392.9mAh/g,经100次充放电循环后其电极容量的保持率S100为91.2％,具有较好的综合电化学性能。
　　 在研究Gd元素对合金电极性能影响的基础上,结合Co元素的替代,重点考察了Gd、Co元素对A2B7型储氢合金La0.83-xGdxMg0.17Ni3.35-2xC02xAl0.15(x=0～0.83)的相组成和储氢性能以及电化学性能的影响规律。结果表明,过高的Gd、Co含量使合金中的Ce2Ni7(或Gd2Co7)型相明显减少。合金的PCT吸氢平台压力随x的增加而升高。Gd、Co元素对合金电极活化性能影响不大,但加入Gd、Co元素在一定程度上能提高合金的最大放电容量;随Gd、Co含量x增加,合金电极的最大放电容量呈现先增加后减小的规律。以前期工作中具有最佳Gd、Co含量的合金为基础,对合金La0.8-xGd0.2MgxNi3.1Co0.3Al0.1(x=0～0.4)的微观结构、储氢性能和电化学性能展开了研究。结果表明,适量Mg元素的加入有利于提高合金组织中Ce2Ni7型相的含量。Mg含量对合金性能有显著影响,Mg含量较低时,合金易发生氢致非晶化;提高合金中的Mg含量,合金非晶化现象消失,合金电极具有较高的放电容量和良好的动力学性能;进一步提高合金Mg含量时,合金电极综合电化学性能,尤其是循环稳定性,会显著恶化。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 Ni/MH电池的工作原理

1.3 储氢合金基本性质

1.3.1 储氢合金吸放氢特性

1.3.2 储氢合金中氢的位置

1.4 储氢合金电极材料的失效机理

1.5 储氢合金电极材料的研究现状

1.5.1 稀土系AB5型储氢合金

1.5.2 AB2型Laves相储氢合金

1.5.3 镁基储氢合金

1.5.4 钒基固溶体型储氢合金

1.6 La-Mg-Ni系储氢合金的研究现状

1.6.1 La-Mg-Ni系储氢合金的相结构

1.6.2 La-Mg-Ni系储氢合金的合金化研究

1.6.3 La-Mg-Ni系储氢合金的热处理研究

1.6.4 La-Mg-Ni系储氢合金的制备工艺研究

1.7 本文的研究思路及主要研究内容

第二章 实验方法

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

2.1.3 合金退火

2.2 储氢合金的组织结构分析

2.2.1 合金相结构分析

2.2.2 合金微观组织分析

2.3 合金的电化学测试

2.3.1 合金氢化物电极的制备

2.3.2 电化学测试装置

2.3.3 电化学性能测试方法

第三章 La0.83-xGdxMg0.17Ni3.05Co0.3Al0.15(x=0～0.5)储氢合金的微观组织和电化学性能

3.1 合金的微观组织和相结构

3.2 储氢性能

3.3 电化学性能

3.3.1 活化性能及放电行为.

3.3.2 电化学循环稳定性

3.4 高倍率放电性能

3.5 本章小结

第四章 La0.83-xGdxMg0.17Ni3.35-2xCo2xAl0.15(x=0～0.83)储氢合金的微观组织和电化学性能

4.1 合金的微观组织和相结构

4.2 储氢性能

4.3 电化学性能

4.3.1 活化性能及放电行为.

4.3.2 电化学循环稳定性

4.4 高倍率放电性能

4.5 本章小结

第五章 Mg元素对La0.8-xGd0.2MgxNi3.1Co0.3Al0.1(x=0～0.4)储氢合金储氢和电化学性能的影响

5.1 合金的微观组织和相结构

5.2 储氢性能

5.3 电化学性能

5.3.1 活化性能及放电行为

5.3.2 电化学循环稳定性

5.4 高倍率放电性能

5.5 本章小结

总结

参考文献

致谢

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