铜替代镍对AB型贮氢合金性能的影响

摘要

本文在全面综述国内外AB5型稀士系贮氢合金研究进展的基础上，确定以MlNi4.0-xCo0.4Mn0.3Al0.3Cux型贮氢合金为研究对象。采用XRD、SEM等分析方法以及恒电流放电、电化学阻抗、线性极化、阳极极化和恒电位阶跃等电化学测试技术，分析Cu含量的变化及热处理对合金相结构和电化学性能的影响，揭示合金的成份、结构与电化学性能的关系，力求开发出一种低成本、长寿命稀土系贮氢合金。 本文首先研究了Cu替代Ni对MlNi4.0-xCo0.4Mn0.3Al0.3Cux(x=0.0，0.1，0.2，0.3，0.4)合金相结构及电化学性能的影响，研究表明：所有合金晶体结构均为六方LaNi5结构，随着Cu含量的增加，c/a轴比逐渐增大，晶胞参数和晶胞体积也逐渐增大，合金电极的吸氢平台随着Cu含量的增加而逐渐升高。随着Cu含量的增加，合金电极的最大放电容量逐渐降低，从x=0时的330.6 mAh/g逐渐下降到x=0.4时的290.7mAh/g。但是，合金电极的循环性能随着Cu含量的增加而显著提高，经100次充放电循环后，当x=0.4时容量保持率达到86.5％。测试表明合金中加入Cu可以降低显微硬度，从而提高了合金电极的循环稳定性。对合金电极的高倍率放电能力、电化学反应阻抗、交换电流密度、极限电流密度的研究表明，随着Cu含量的增加，高倍率性能逐渐降低，电化学反应阻抗逐渐增加，交换电流密度和极限电流密度逐渐减小。 研究了热处理(t=4.5h，T=1123 K)对MlNi4.0-xCo0.4Mn0.3Al0.3Cux(x=0.0，0.1，0.2，0.3，0.4)合金的电化学综合性能的影响规律。结果表明，随着铜含量的增加，P-C-T曲线平台逐渐增加。与未处理合金相比较，热处理可以降低合金P-C-T曲线的吸氢平台，减小平台的倾斜度而趋于平坦。经热处理后，合金电极的最大放电容量下降，活化性能降低。当x=0.4时，Cmax=282.6 mAh/g。但是，热处理显著提高了合金电极的循环稳定性，容量保持率随Cu含量的增加而增加，循环效率大大高于未处理合金。经100次充放电循环后，当x=0.4时容量保持率高达R100=94.3％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 Ni/MH电池的发展历史

1.2 Ni/MH电池的工作原理

1.3贮氢合金的研究现状

1.3.1 AB5型稀土系贮氢电极合金

1.3.2 AB2型Laves相贮氢电极合金

1.3.3AB/A2B型贮氢电极合金

1.3.4 V基固溶体型贮氢电极合金

1.3.5非AB5型稀土系贮氢电极合金

第二章文献综述

2.1实用金属贮氢材料的特征

2.2 AB5型稀土系贮氢合金

2.2.1 AB5型贮氢合金晶体结构

2.2.2 AB5型贮氢合金的气态贮氢性能

2.3合金成分的优化设计

2.3.1 A侧优化

2.3.2 B侧优化

2.4合金的制备工艺

2.4.1常规熔炼方法

2.4.2机械合金化

2.4.3还原扩散法

2.4.4共沉淀还原法

2.4.5氢化燃烧合成法

2.5退火处理对合金微结构和贮氢性能的影响

2.6非化学计量比对贮氢合金性能的影响

2.7本论文的研究内容及意义

第三章实验原理与方法

3.1实验试剂与仪器

3.2合金的制备

3.3合金的热处理参数

3.4电化学性能测试方法

3.4.1电化学测试装置

3.4.2电化学性能测试

3.5电化学方法测试P-C-T曲线

3.5.1电化学方法测试P-C-T曲线的原理

3.5.2电化学方法测定P-C-T曲线

3.6 XRD分析

3.6.1 LaNi5的标准XRD图谱及其衍射线参数

3.6.2晶胞参数和晶胞体积的计算

第四章Cu替代Ni对AB5贮氢合金相结构和电化学性能的影响

4.1 Cu添加量对MINi4.0-xCo0.4Mn0.3Al0.3Cux贮氢合金相结构的影响

4.2 Cu不同含量对贮氢合金P-C-T曲线的影响

4.3 MINi4.0-xCo0.4Mn0.3Al0.3Cux贮氢合金电极的电化学性能

4.3.1活化性能和最大放电容量

4.3.2放电电压特性

4.3.3循环性能

4.4MINi4.0-xCo0.4Mn0.3Al0.3Cux贮氢合金电极的动力学性能

4.4.1高倍率放电性能

4.4.2电化学反应阻抗谱

4.4.3线性极化

4.4.4阳极极化

4.4.5氢原子扩散系数

4.5本章小结

第五章热处理对贮氢合金电极电化学性能的影响

5.1热处理后合金电极的PCT曲线

5.2热处理MINi4.0.xCo0.4Mn0.3Al0.3Cux贮氢合金电极电化学性能

5.2.1活化性能和最大放电容量

5.2.2循环稳定性能

5.3热处理MINi4.0-xCo0.4Mn0.3Al0.3Cux贮氢合金电极的动力学性能

53.1高倍率放电性能

5.3.2电化学反应阻抗与交换电流密度

5.3.3极限电流密度与氢的扩散系数

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文