低成本高性能贮氢合金的研究

摘要

本文全面综述了低钴型贮氢合金的研究现状和发展前景，采用真空感应熔炼方法制备贮氢合金，制备了一系列不同配方的低钴型贮氢合金，通过X射线衍射、等离子光谱分析以及电化学性能测试等手段，系统的研究了Fe、Cu替代贮氢合金中的钴对合金的晶体结构及电化学性能(最大放电容量、高倍率性能和循环稳定性能)的影响。研究结果表明： (1)Fe、Cu掺杂的合金晶胞参数a<,0>、c<,0>及c<,0>/a<,0>与标准LaNi<,5>相当，并随Fe、Cu含量的增加呈减少的趋势，晶胞体积减少；所有M1(NiMnAl)<,4.25>Co<,0.75-x-y>Fe<,x>Cu<,y>合金都具有单相的CaCu<,5>型六方结构，且其XRD都有很强的衍射峰，说明合金具有很强的长程序和结晶的完整性； (2)合金中钴含量的高低对合金的成本影响较大，使用低成本金属铜和铁是主要研究方向。本文分别研究了铜和铁替代钴对合金性能的影响。结果表明，铁对储氢合金的性能有较大影响，随着Fe含量的增加，其容量逐渐降低，当Fe的含量0.20时，贮氢合金的0.5C容量显著下降，由原来的308 mAh·g<'-1>下降到257 mAh·g<'1>；铜的替代基本没有影响合金的初始放电容量，当Cu的含量为0.20时，最大放电容量仍有301 mAh·g<'-1>；未替代合金以及Fe或Cu替代量为0.1时，S<,300>分别为92.3﹪，84.3﹪，91.2﹪。 (3)当铜的含量为0.1时，基本没有影响合金的电化学性能，而成本降低了3﹪-6﹪。 (4)部分铜替代的合金应用于电池的测试结果表明，铜替代没有影响电池的活化性能及放电容量，电池内阻、电压及自放电均满足电池要求，因而适当地替代既具有良好的电化学性能又可降低原材料成本。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1贮氢合金的发展及研究

1.1.1贮氢合金的基本类型

1.1.2掺杂元素对AB5贮氢合金的影响

1.1.3贮氢合金的发展趋势

1.2 MH/Ni电池

1.2.1密封MH/Ni电池的结构

1.2.2 MH/Ni电池的工作原理

1.3本课题的研究意义和内容

第二章实验原理与方法

2.1实验仪器与试剂

2.1.1实验仪器

2.1.2实验试剂

2.2贮氢合金的制备

2.3贮氢合金粉的制备

2.4 X射线衍射(XRD)分析

2.4.1 XRD测试

2.4.2 LaNi5的标准XRD图谱及其衍射线参数

2.4.3用最小二乘法求解晶胞参数

2.4.4晶胞体积的计算

2.4.5衍射峰的半峰高宽(FWHM)值的分析

2.5电化学性能测试

2.5.1极片制作方法

2.5.2电化学容量的测试

2.5.3循环性能的测试

2.5.4高倍率充放电性能的测试

2.6电化学阻抗分析

2.6.1电化学阻抗法原理

2.6.2电化学阻抗谱线测试

2.6.3电化学阻抗谱线分析

2.7电池的制备过程

2.8电池性能测试

2.8.1内阻和电压

2.8.2活化性能和电化学容量测试

2.8.3高倍率放电性能测试

2.8.4循环寿命测试

2.8.5放电平台测试

第三章实验结果与讨论

3.1 AB5.0化学计量比低钴化Fe的掺杂

3.1.1电化学性能

3.1.2 XRD分析

3.1.3 EIS测试结果

3.1.4小结

3.2 AB5.0化学计量比下低钴化Cu的掺杂

3.2.1电化学性能

3.2.2 XRD分析

3.2.3材料成本分析

3.2.4小结

3.3低钴合金粉在氢镍电池中的应用

3.3.1内阻和电压

3.3.2活化性能和电化学容量

3.3.3高倍率放电性能

3.3.4循环寿命

第四章结论

参考文献

致谢

附录：硕士期间发表的主要论文