铸态及球磨态合金La2-xCexMg16Ni(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)储氢性能研究

摘要

镁，资源丰富、质量轻、储氢量大、电化学比容量高、价格低廉和对环境友好等众多优点，所以镁基贮氢材料被认为是最理想的的贮氢材料之一，而被国内外专家学者广泛的研究。在众多镁基储氢材料中La2Mg17储氢合金的储氢量和电化学比容量都位列前茅，但是La2Mg17有着较差的吸放氢动力学以及较高的氢化物稳定性，而金属镍具有很好的催化活性，本文采用感应熔炼法用Ni部分替代Mg形成La2Mg16Ni储氢合金，并用稀土Ce部分替代La2Mg16Ni合金中的La，制备La2-xCexMg16Ni(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)铸态储氢合金，对铸态的储氢合金加入一定比例的镍粉进行机械合金化制备出球磨态合金。对铸态和球磨态的合金进行不同温度下气态吸放氢动力学、电化学以及电化学储氢动力学的研究，采用了XRD和 TEM技术分析了吸氢前后的结构的变化。并分析了铸态和球磨态La2Mg16Ni合金用元素Ce替代前后的性能的优劣以及随着替代量的变化性能的变化。
　　经过研究表明，铸态的储氢合金在573 K温度下需要七次吸放循环才能完全活化，时间长达24小时，加100％Ni球磨后则一次吸氢就能完全活化，时间平均为1小时，而添加200%Ni后也是第一次就能完全活化，且吸放氢速率比添加100% Ni的更快，平均30分钟即可达到饱和吸氢。随着铈替代量的增加气态吸放氢速率增加，作出不同温度下的吸放氢曲线，经过计算得出随着铈替代量的增加样品的吸氢和放氢的活化能均减少。在添加200%Ni球磨20 h，合金La2-xCexMg16Ni(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)电化学最大放电容量分别为：922.6 mAh/g、922.2 mAh/g、914.1 mAh/g、872.5 mAh/g、782.5 mAh/g，电容量随着Ce替代量的增加而增加。对于高倍率而言随着替代量的增加，高倍率放电能力也逐渐减少，对于电化学动力学，交流阻抗随着铈替代量的增加，阻值也增加，其反应焓也增加。动电位极化的极限电流密度和氢扩散能力与高倍率相同也是随着Ce替代量的增加而减少。
　　通过元素替代使合金的相增多，造成晶格畸变，促进合金粉化。在一定范围内，替代量越多，合金的晶格畸变越严重越有益于合金吸放氢。进行机械球磨可使晶粒细化、非晶和纳米晶化。晶粒细化有助于吸放氢。随着球磨时间的增加，晶体非晶化越严重，而过多的非晶化有碍氢原子在晶体内部扩散，从而造成储氢合金吸氢量降低。通过TEM和XRD可以看出镍具有促进非晶化的作用，而且镍具有很强的催化作用，无论是气态还是电化学都有助于储氢合金提高吸放氢速率和电化学放电能力。而添加替代的元素的半径越小，越不益于氢原子的扩散，从而造成吸氢速率和活化能的降低。

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引言

1 文献综述

1.1储氢合金的概述

1.2 储氢合金与Ni-MH电池工作原理

1.3 选题的依据

1.4 研究意义与价值

2 实验设计与方法

2.1 铸态合金的成分及制备方法

2.2 球磨态合金的制备方法

2.3 合金的气态吸放氢性能测试

2.4 电化学性能测试

2.5合金的动力学测试

2.6 样品的微观结构分析

3 铸态及球磨态La2-xCexMg16Ni (x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)合金的性能

3.1 合金的相结构

3.2合金的活化曲线

3.3气态吸放氢动力学性能

3.4 合金的电化学性能

3.5 La2-xCexMg16Ni (x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)储氢合金球磨20h的性能

3.6 本章小结

4 La2-xCexMg16Ni (x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)+100%Ni球磨20 h的性能

4.1 合金的相结构

4.2 合金的气态性能

4.3 合金的电化学性能

4.4 合金的动力学性能

4.5 本章小结

5 La2-xCexMg16Ni (x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)+200%Ni球磨20 h的性能

5.1合金的相结构

5.2 合金的透射电镜分析

5.3 合金的气态性能

5.4 合金的电化学性能

5.5 合金的动力学性能

5.6 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢