B侧成分取代对LaNi5型储氢合金电化学性能影响

摘要

本文利用真空电弧熔炼法制备了La0.7Mg0.3Ni2.65Co(0.75-x)Mn0.1Alx(0≤x≤0.2), LaNi3.15-xMnxCo0.25Al0.1(0≤x≤0.3)以及La0.4Er0.4Mg0.2Ni3.3-xCoxAl0.2(0.1≤x≤0.4)储氢合金,采用XRD、SEM等材料表征手段研究了系列合金的组织结构变化规律,采用模拟电池法测试了合金负极的综合电化学性能。运用交流阻抗测试技术对合金电极电化学行为进行了研究,并结合线性扫描和恒电位阶跃研究了Co、Mn和Al元素的添加对合金的动力学影响。对LaNi3.15-xMnxCo0.25Al0.1(0≤x≤0.3)系列合金进行1073K退火处理,分析退火对合金电化学性能的影响。
　　随着Al替代Co量的增加,La0.7Mg0.3Ni2.65Co(0.75-x)Mn0.1Alx(0≤x≤0.2)合金的合金的最大放电容量降低,当Al替代量由x=0增加到x=0.2时,合金的最大放电容量由384.3mAh/g降低到346.7mAh/g。循环稳定性先降低后升高,在替代量x=0.2时,S50达到最大值(71.59％)。合金的表面电荷转移速率先降低后升高,但合金内部氢原子的扩散能力升高,从而使得高倍率性能变化规律产生波动。当x=0.1时,合金拥有最好的高倍率性能。
　　随着Co替代Ni量的增加,La0.4Er0.4Mg0.2Ni3.3-xCoxAl0.2(0.1≤x≤0.4)合金晶胞参数a轴、c轴和晶胞体积增加。,合金电极的最大放电容量有所升高,从x=0.1时的225mAh/g升高到x=0.4时的254.9mAh/g,容量增加了29.9mAh/g。在一定程度上改善合金的循环性能,当替代量x=0.4时,储氢合金50次循环后容量保持率 S50达最大(66.10%)。合金的表面电荷转移能力先降低后升高,同时氢扩散系数也是先降低后升高,两者共同作用影响合金的高倍率性能。在x=0.1时,合金的高倍率性能最好。
　　LaNi3.15-xMnxCo0.25Al0.1(0≤x≤0.3)合金是由多相共同组合形成的。合金的主相为LaNi5和La2Ni7两相,同时伴有La7Ni3相。随着Mn含量的增加,La2Ni7相的峰强逐渐减弱而La7Ni3相的峰强逐渐增加,LaNi5相中a轴和c轴以及晶胞体积的增加。合金电极的最大放电容量有所升高,由x=0的238 mAh/g逐渐增加到x=0.3的277.1 mAh/g。高倍率性能随着Mn含量的增加先升高后降低,在x=0.2时合金的高倍率性能最好。
　　LaNi3.15-xMnxCo0.25Al0.1(0≤x≤0.3)合金退火后最大放电容量有所下降,循环稳定性明显提高,高倍率性能有所提升。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章绪论

§1.1储氢技术

§1.2MH/Ni电池

§1.3负极储氢合金分类

§1.4 本文的研究思路及内容

第二章 实验方法

§2.1计算方法

§2.2实验流程、主要使用仪器及原料

§2.3 合金样品的制备

§2.4 样品的组织结构和形貌分析

§2.5电极制备和测试装置

§2.6 电化学性能测试表征方法

第三章La0.7Mg0.3Ni2.65Co（0.75-x）Mn0.1Alx储氢合金的电化学性能

§3.1 合金的组织结构

§3.2 合金的电化学性能

§3.3 合金的高倍率性能和动力学性能

§3.4 本章小结

第四章La0.4Er0.4Mg0.2Ni3.3-xCoxAl0.2（0.1≤x≤0.4）储氢合金电化学性能

§4.1 合金的氢化物生成焓及电子云密度计算

§4.2 合金的组织结构

§4.3 合金的电化学性能

§4.4合金的高倍率放电性能和动力学性能

§4.4 本章小结

第五章LaNi3.15-xMnxCo0.25Al0.1（0≤x≤0.3）储氢合金电化学性能

§5.1 合金的氢化物生成焓及电子云密度计算

§5.2 合金的组织结构

§5.3 合金的电化学性能

§5.4 合金的高倍率性能和动力学性能

§5.5 本章小结

第六章LaNi3.15-xMnxCo0.25Al0.1（0≤x≤0.3）储氢合金1073K退火后的电化学性能

§6.1 合金的电化学性能

§6.2 合金的高倍率性能和动力学性能

§6.3 本章小结

第七章总结与展望

§7.1 本文的主要结论与创新点

§7.2 本文研究的意义及展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文