低成本镍氢电池负极材料钛钒基合金的制备及其电化学性能研究

摘要

随着国民资源保护意识的提高和国内稀土资源储量大幅度减少，稀土金属的价格不断提高，导致以稀土金属为原料的镍氢二次电池负极材料中的商用混合型稀土系AB5贮氢电极合金的原料成本日渐提高。本文在综述了国内外贮氢合金研究进展基础上，基于课题组已有研究成果，使用商用钒铁(80FeV＃)为原料代替通常制备钛钒基贮氢电极合金使用的金属纯钒，设计了一系列钛钒基贮氢合金电极。论文采用X-射线衍射、扫描电镜等材料结构测试分析手段和恒电流充放电、电化学交流阻抗谱、线性极化和阳极极化等电化学测试手段，研究了不同成分的合金成分、结构、电化学性能及其相互关系。由于钒铁的价格比金属钒低很多，本文设计的钛钒基贮氢合金具有低成本特性，具有潜在的商业化应用价值。
　　本文对(Ti0.95Zr0.05)((80FeV#)0.533Mn0.12Cr0.1Ni0.24）x(x=2.0-5.5)系列合金的结构和电化学性能的研究表明，随着化学计量比x的增加，合金电极的循环稳定性逐渐提高，但其最大放电容量随x的增加而下降。
　　(Ti0.95Zr0.05)((80FeV#)0.583Mn0.12Cr0.1Nix)2.5(x=0.24-0.40)合金的结构和电化学性能的研究表明，随Ni含量的增加，合金电极的最大放电容量随Ni含量的增加而下降，但合金的循环稳定性逐渐提高。
　　对(Ti1-xZrx)((80FeV#)0.533Mn0.15Ni0.35)3.0(x=0.30-0.50)合金的结构和电化学性能的研究表明，随Zr对Ti替代量的增加，合金电极的最大放电容量先增加后减少，循环稳定性逐渐提高，但Zr含量的增加不利于合金的高倍率性能。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 引言

1．1 镍金属氢化物二次电池的发展概况

1．2 镍金属氢化物二次电池的工作原理

1．3 贮氢合金电极的研究概况

1．3．1 AB5型稀土系贮氢合金电极

1．3．2 非AB5型稀土系贮氢合金电极

1．3．3 AB2型Laves相贮氢合金电极

1．3．4 AB／A2B型贮氢合金电极

1．3．5 钒基固溶体型贮氢合金电极

第二章 文献综述

2．1 钛基C14型Laves相贮氢合金电极

2．1．1 合金的结构特性

2．1．2 合金的电化学性能研究

2．2 钒基固溶体型贮氢合金电极

2．2．1 合金的结构特性

2．2．2 合金的性能研究

2．3 钛钒基贮氢合金电极

2．3．1 合金的结构特性

2．3．2 合金的电化学性能研究

2．4 贮氢合金电极的容量衰退机理

2．4．1 本征衰退机制

2．4．2 非本征衰退机制

2．5 本文的选题背景与主要研究内容

第三章 实验方法

3．1 合金成分的设计

3．2 合金的制备

3．3 合金的电化学性能测试

3．3．1 合金电极的制备

3．3．2 电化学测试装置

3．4 材料结构的表征

3．4．1 材料结构和形貌表征

3．4．2 合金的形貌观察

3．5 电化学性能测试

3．5．1 活化性能和最大放电容量

3．5．2 循环稳定性

3．5．3 高倍率放电性能

3．5．4 电化学交流阻抗谱

3．5．5 线性极化和交流电流密度

3．5．6 阳极极化和极限电流密度

第四章 AB侧化学计量比对钛钒基贮氢电极合金结构和电化学性能的影响

4．1 引言

4．2 合金的相结构和显微组织

4．3 合金的电化学性能

4．3．1 活化性能

4．3．2 最大放电容量

4．3．3 循环稳定性

4．4 合金电极动力学性能

4．4．1 高倍事性能

4．4．2 电化学交流阻抗谱

4．4．3 线性极化

4．4．4 阳极极化

4．5 本章小结

第五章 Ni含量对钛钒基贮氢电极合金结构和电化学性能的影响

5．1 引言

5．2 合金的相结构和显微组织

5．3 合金的电化学性能

5．3．1 活化性能

5．3．2 最大放电容量

5．3．3 循环稳定性

5．4 合金电极动力学性能

5．4．1 高倍率性能

5．4．2 电化学交流阻抗谱

5．4．3 线性极化

5．4．4 阳极极化

5．5 本章小结

第六章 Zr含量对钛钒基贮氢电极合金结构和电化学性能的影响

6．1 引言

6．2 合金的相结构和显微组织

6．3 合金的电化学性能

6．3．1 活化性能

6．3．2 最大放电容量

6．3．3 循环稳定性

6．4 合金电极动力学性能

6．4．1 高倍率性能

6．4．2 电化学交流阻抗谱

6．4．3 线性极化

6．4．4 阳极极化

6．5 本章小结

第七章 结论和展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间取得的研究成果