AB基混合稀土—镁—镍系多相合金的组织与储氢特性

摘要

储氢合金在未来的能源体系中具有重要的地位和作用.稀土系储氢合金作为电池负极材料已取得了广泛的应用,但是该系材料还存在储氢容量低和电化学性能差等问题;Mg基合金虽然容量高,但动力学性能差、工作温度高,电化学循环性能差;近年来,储氢容量高的AB<,3>基稀土系合金得到了一定重视,其以纯稀土为A组元,但该系合金成本高,耐蚀性能差.为了提高合金的综合性能,本文提出了制备AB<,3>基混合稀土-镁-镍(Ml-Mg-Ni)系多相储氢合金,并研究其储氢性能的研究思想.研究中采用电弧熔炼和感应熔炼法制备了一系列以AB3相为主,而以Mg元素部分取代A组元的稀土-镁-镍系多相储氢合金;运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热分析(DSC)等手段,研究了合金的微观结构随成分、热处理和球磨时间的变化;测定了合金的压力-组成-温度(PCI)曲线、吸氢动力学特性、热力学特性及电极性能;通过上述研究深入探讨了合金的微观结构与性能的关系,开发出了储氢容量达1.8wt%H的,具有潜在商业化应用价值的,高容量AB3基M1-Mg-Ni系多相储氢合金.最后,将研制的合金组装成了AAA型实际电池,并研究了其在电极材料上实际应用的可行性.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1储氢材料的研究现状

1.2储氢合金研究的基本理论

1.2.1储氢合金气-固反应基本理论及热力学特性

1.2.2储氢合金的吸氢动力学

1.2.3储氢合金电极的电化学原理

1.2.4储氢合金固-气反应与电化学反应之间的联系

1.3储氢合金成分、结构与性能的关系

1.3.1储氢合金中构成元素的地位与作用

1.3.2典型的金属氢化合物储氢合金

1.3.3储氢合金的微观组织与性能的关系

1.3.4储氢合金的表面状态与性能的关系

1.4新型高容量储氢合金的发展

1.4.1多相结构储氢合金的研究

1.4.2 AB3系列的储氢合金

1.4.3新型的稀土-镁-镍系多相储氢合金

1.5本研究的意义、目标和内容

1.5.1研究依据、意义和目标

1.5.2主要研究内容

参考文献

第二章实验方法

2.1合金制备

2.1.1合金成分设计

2.1.2原材料选择

2.1.3合金熔炼

2.2机械合金化真空退火处理,合金的表面改性

2.2.1机械合金化

2.2.2真空退火

2.2.3表面改性

2.3合金粉末颗粒度分析

2.4微观组织分析

2.4.1光学显微镜和SEM、EDX分析

2.4.2 XRD分析

2.4.3 TEM分析

2.4.4 DSC和DTA热分析

2.5合金储氢性能的测定

2.4.1气态储氢特性测定

2.4.2电化学性能测试

参考文献

第三章Ml-Mg-Ni系多相合金的微观结构表征

3.1引言

3.2 Ml-Mg-Ni系多相合金的成分设计及制备

3.3铸锭微观组织分析

3.3.1合金的显微组织分析

3.3.2 Ml0.7Mg0.3Ni3.2合金的SEM和TEM分析

3.4 X-射线衍射分析

3.4.1混合稀土-镁-镍系多相储氢合金中相组成分析

3.4.2混合稀土-镁-镍系多相储氢合金中B原子与A原子配比对AB3相相丰度的影响

3.5本章小结

参考文献

第四章不同组织结构的Ml-Mg-Ni多相合金的储氢特性和热分析

4.1引言

4.2储氢性能测试

4.2.1混合稀土-镁-镍系多相储氢合金最大吸氢量的测定及各相压力平台的确定

4.2.2混合稀土-镁-镍系多相储氢合金中各相相互关系的确定

4.2.3混合稀土-镁-镍系多相储氢合金颗粒在吸氢-脱氢循环中的变化

4.2.4多相合金中的元素替代及相组成对合金储氢量的影响

4.3热分析

4.3.1 DTA分析

4.3.2 DSC分析

4.4本章小结

参考文献

第五章结构纳米化对Ml-Mg-Ni系多相储氢合金性能的影响

5.1引言

5.2多相Ml0.7Mg0.3Ni3.2合金的MA纳米化

5.3纳米Ml0.7Mg0.3Ni3.2多相合金的储氢性能表征

5.4退火对纳米晶Ml0.7Mg0.3Ni3.2多相合金结构与性能的恢复作用

5.5氧化在MA纳米化及退火过程中的地位

5.6分析讨论

5.6.1 AB3基混合稀土-镁-镍系多相合金球磨纳米化对其储氢性能的影响机制

5.6.2 AB3基混合稀土-镁-镍系多相储氢合金球磨纳米化对其热力学参数的影响

5.6.3 AB3基混合稀土-镁-镍系多相储氢合金及其纳米化对其吸氢动力学机制的影响

5.7本章小结

参考文献

第六章Ml-Mg-Ni系多相合金的电化学性能及表面改性研究

6.1引言

6.2多相Ml-Mg-Ni合金的电化学性能

6.2.1电弧熔炼的储氢合金的电化学性能

6.2.2 Ml0.74Mg0.26Ni3.27球磨粉和氢爆粉的电化学放电容量

6.2.3 Ml0.7Mg0.3Ni3.2的电化学性能

6.3 Ml0.7Mg0.3Ni3.2合金的表面改性和元素替代的作用

6.4 AAA镍氢电池的性能研究

6.5本章小结

参考文献

全文结论和展望

攻读博士学位期间发表论文

致谢