C14 Laves相与BCC相合金的储氢及电化学行为的研究

摘要

Ti-V基BCC相合金由于其较高的理论容量,在作为燃料电池的供氢源以及高容量Ni-MH电池的负极材料方面具有良好的应用前景.其近年来的发展虽然取得了一定的进展,但在吸放氢及电化学性能方面仍存在许多问题.该文以提高Ti-V基BCC相合金的气固相储氢容量和改善其电化学性能为目的,把研究合金从C14 Laves相向BCC相的转变过程及其相互关系作为出发点,通过元素替代、成分调整和表面修饰等实验手段,运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、俄歇电子能谱(AES)、X光电子能谱(XPS)、差热扫描-热重分析(DSC-TG)等测试技术,深入系统地研究了储氢合金的活化、吸放氢和电化学性能与其微结构、热力学和动力学特征之间的关系,获得了改善合金储氢及电化学性能的一些规律,使Ti-V基BCC相合金的活化性能得到明显改善,吸放氢和电化学容量得到显著提高.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1储氢合金的发展及其应用

1.2本课题的研究思路与内容

1.3创新之处

1.4参考文献

第2章文献综述

2.1储氢合金的基本反应原理

2.1.1气固相储氢的基本原理

2.1.2 Ni-MH电池的工作原理

2.2几类典型储氢合金的发展简介

2.2.1 AB5型稀土系储氢合金

2.2.2 AB型TiFe基储氢合金

2.2.3 AB2型储氢合金

2.2.4 A2B型Mg基储氢合金

2.3 V基BCC相合金的研究进展

2.3.1 BCC合金的气固相反应

2.3.2 BCC合金的电化学性能

2.4储氢合金的活化及活化性能改善

2.4.1储氢合金的活化

2.4.2储氢合金的活化机理

2.4.3储氢合金活化性能的改善

2.5参考文献

第3章实验与方法

3.1合金样品的制备

3.1.1母合金的制备

3.1.2快淬处理

3.1.3球磨处理

3.2性能测试

3.2.1活化和PCT测试

3.2.2电化学性能测试

3.3微结构分析

3.3.1 XRD分析

3.3.2 SEM和TEM分析

3.3.3 DSC-TG分析

3.3.4 XPS和AES分析

3.3.5粒度及成分分析

第4章C14 Laves相TiMn1.25Cr0.25合金的吸放氢性能

4.1表面氧化层对TiMn1.25Cr0.25合金活化性能的影响

4.1.1活化特性

4.1.2 XPS和AES分析

4.1.3 SEM分析

4.1.4 XRD结果

4.1.5讨论

4.2(V4Fe)合金替代部分的Mn对TiMn1.25Cr0.25合金的活化及吸放氢性能的影响

4.2.1不同(V4Fe)含量对合金相结构的影响

4.2.2不同(V4Fe)含量对合金PCT特性的影响

4.2.3(V4Fe)的添加对合金活化性能的影响

4.3 Cr含量对TiMn1.2-xCrxV0.24Fe0.06合金吸放氢性能的影响

4.3.1 XRD分析

4.3.2 讨论

4.4碳添加对TiMn1.25Cr0.25合金活化及吸放氢性能的影响

4.4.1 XRD分析

4.4.2活化性能

4.4.3 AES分析

4.4.4 PCT性能

4.4.5循环性能

4.5本章小结

4.6参考文献

第5章V添加对Ti-50Mn-10Cr合金相结构及储氢性能的影响

5.1 V含量对合金相结构组成的影响

5.2 V含量对合金PCT特性的影响

5.2.1 C14 Laves相为主相的合金的PCT特性

5.2.2 BCC相为主相的合金的PCT特性

5.2.3相结构对合金活化性能的影响

5.2.4 V含量对合金氢化物稳定性的影响

5.2.5 BCC相合金氢化后的相结构特性

5.3本章小结

5.4参考文献

第6章元素替代对Ti-V基BCC相合金吸放氢性能的影响

6.1 Fe的添加对Ti-18Mn-10Cr-32V合金吸放氢性能的影响

6.1.1 Fe的添加对合金相结构的影响

6.1.2 Fe的添加对合金PCT性能的影响

6.1.3讨论

6.2 Ti含量对Ti-22Mn-10Cr-28V合金吸放氢性能的影响

6.2.1 Ti含量对合金相结构的影响

6.2.2 Ti含量对合金PCT性能的影响

6.3 Mn/Cr比对Ti-(32-x)Mn-xCr-28V合金吸放氢性能的影响

6.3.1 Mn/Cr比对合金相结构的影响

6.3.2 Mn/Cr比对合金PCT性能的影响

6.4 BCC相合金储氢特性与其晶胞参数的关系

6.5本章小结

6.6参考文献

第7章快淬对Ti-V基BCC相合金相结构及储氢性能的影响

7.1快淬对合金相结构的影响

7.1.1 XRD分析

7.1.2 SEM分析

7.2快淬对合金储氢性能的影响

7.2.1合金的活化性能

7.2.2合金的PCT性能

7.3快淬合金的活化机理

7.4 Ti-15Mn-10Cr-28V快淬合金活化性能的改善

7.5本章小结

7.6参考文献

第8章Ti-V基BCC相合金的电化学性能

8.1 Ti-15Mn-15Cr-30V合金的放电特性

8.1.1温度的影响

8.1.2放电电流的影响

8.1.3循环性能

8.2球磨处理改善Ti-15Mn-15Cr-30V合金的放电行为

8.2.1球磨对合金结构的影响

8.2.2球磨对合金放电行为的影响

8.3本章小结

8.4参考文献

第9章表面AB5修饰对BCC合金电化学性能的影响

9.1 Ti-15Mn-15Cr-30V+20 wt％AB5合金粉电化学性能研究

9.1.1 XRD分析

9.1.2表面形貌分析

9.1.3常温电化学性能

9.1.4高温电化学性能

9.1.5 讨论

9.2球磨时间对Ti-15Mn-15Cr-30V+20 wt％AB5电化学性能的影响

9.2.1 XRD分析

9.2.2 SEM分析

9.2.3放电容量

9.2.4 讨论

9.3不同AB5添加量对Ti-15Mn-15Cr-30V电化学性能的影响

9.3.1 XRD 分析

9.3.2 SEM分析

9.3.3放电特性

9.3.4 讨论

9.4本章小结

9.5参考文献

第10章表面碳修饰对BCC合金电化学性能的影响

10.1 Ti-15Mn-15Cr-30V+MWNTs电化学性能研究

10.1.1 MWNTs含量的影响

10.1.2球磨时间的影响

10.1.3 Ti-15Mn-15Cr-30V+10wt％MWNTs电化学性能

10.2碳黑的添加对Ti-15Mn-15Cr-30V电化学性能的影响

10.3讨论

10.4本章小结

10.5参考文献

第11章表面纳米修饰改善Ti-15Mn-15Cr-30V合金的活化性能

11.1纳米ZnO对Ti-15Mn-15Cr-30V合金活化性能的影响

11.2纳米碳对Ti-15Mn-15Cr-30V合金活化性能的影响

11.3 AB5合金对Ti-15Mn-15Cr-30V合金活化性能的影响

11.4讨论

11.5本章小结

11.6参考文献

第12章结论与展望

博士期间发表论文及申请专利

致谢