低钴LA-Mg-Ni基贮氢电极合金的结构及其电化学性能

摘要

本文以La0.7Mg0.3Ni2.65Co0.75Mn0.1合金为研究对象，采用XRD和SEM等材料分析方法以及恒电流充放电、电化学阻抗谱、线性极化和阳极极化等电化学测试技术，系统研究了Ca和Si分别部分替代Mg和Co对合金结构和电化学性能的影响，并在此基础上，通过热处理温度优化，进一步改善了低钴La-Mg-Ni系贮氢电极合金的综合电化学性能。
　　系统研究了La0.7Mg0.3-xCaxNi2.65Co0.75Mn0.1(x=0.05～0.15)合金的结构及其电化学性能。结果显示，合金主要由LaNi5和(La，Mg)Ni3组成，随Ca含量的增多:LaNi5相丰度相对增多而(La，Mg)Ni3相丰度相对减少，合金中出现了少量(La，Mg)2Ni7相;合金最大放电容量逐渐降低，但循环稳定性能提高，动力学性能得到改善。其中，当x=0.1时，合金具有较好的综合电化学性能，其最大放电容量为371.7mAh/g，1250mA/g电流放电时的HRD为52.7％。
　　系统研究了Si部分替代Co对La0.7Mg0.3Ni2.65Co0.75Mn0.1贮氢电极合金的相结构和电化学性能的影响规律及其机制。研究发现，所有合金主要由(La，Mg)Ni3相和LaNi5相组成，Si部分替代Co导致:合金中(La，Mg)Ni3相的丰度逐渐降低，而LaNi5相的丰度逐渐增加，且含Si合金中出现了La2Ni7相;合金放电容量降低，循环稳定性和高倍率放电性能得到改善。其中Si替代量x=0.15时合金的综合性能较好，合金最大放电容量323.5mAh/g，100次循环后的容量保持率约为67.5％，1250mA/g电流放电时的HRD可达55％。
　　为改善低Co合金的综合电化学性能，进一步考察了退火温度对优化出的含Si合金La0.7Mg0.3Ni2.65Co0.6Si0.15Mn0.1的结构和电化学性能的影响。结果表明，退火提高了合金的结晶性度，改善了成分的均匀性。随着退火温度的升高，合金的最大放电容量和循环稳定性能均首先改善然后降低，而合金的高倍率放电性能有所恶化。其中，在950℃×8h退火条件下的合金呈现出较好的电化学性能，其最大放电容量和100个循环后的循环容量保持率分别为333.1mAh/g和76.6％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 Ni／MH电池的发展概况

1．2 Ni／MH电池的工作原理

1．3 Ni／MH电池的应用

1．4 贮氢电极合金的研究开发现状

1．4．1 AB5型稀土系贮氢电极合金

1．4．2 AB2型Laves相贮氧电极合金

1．4．3 A2B型Mg基贮氢奠基合金

1．4．4 V基固溶体型贮氢电极合金

1．4．5 非AB5型稀土系贮氢电极合金

第二章 文献综述：La-Mg-Ni基贮氢电极合金的研究进展

2．1 AB3型贮氢合金及其氧化物的结构特性

2．2 R-Mg-Ni系AB3型合金研究

2．2．1 R-Mg-Ni系贮氢合金的结构特性

2．2．2 R-Mg-Ni系贮氢合金的气态贮氢性能和电化学性能

2．2．3 R-Mg-Ni系合金的元素成分改性研究

2．3 La-Mg-Ni系合金的制备工艺研究

2．4 问题提出及本文研究内容

第三章 实验方法

3．1 合金的成分设计及样品制备

3．2 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

3．3．3 电化学性能测试方法

3．3．4 结构分析和表面形貌观察

第四章 La0.7Mg0.3-xCaxNi2.65Co0.75Mn0.1合金的结构和电化学性能

4．1 合金的结构

4．2 合金电化学性能

4．2．1 活化性能、最大放电容量和循环稳定性

4．2．2 合金电极的电化学动力学性能

4．4 本章小结

第五章 Si部分替代Co对La0.7Mg0.3Ni2.65Co0.75Mn0.1合金结构及其电化学的影响

5．1 合金的结构特征

5．2 合金的微观形貌

5．3 合金的电化学性能

5．3．1 活化性能、放电中值电压及最大放电容量

5．3．2 循环稳定性能

5．4 合金电极的电化学动力学性能

5．4．1 高倍率放电性能

5．4．2 电化学阻抗谱

5．4．3 线性极化和交换电流密度

5．4．4 阳极极化与极限电流密度

5．5 本章小结

第六章 热处理对La0.7Mg0.3Ni2.65Co0.6Si0.15Mn0.1合金结构和电化学性能的影响

6．1 合金结构

6．2 合金的电化学性能

6．2．1 活化性能及最大放电容量

6．2．2 循环稳定性及容量保持率

6．3 合金电极的电化学动力学性能

6．3．1 高倍率放电性能

6．3．2 电化学反应阻抗

6．3．3 极化电阻与交换电流密度

6．3．4 极限电流密度

6．5 本章小结

第七章 本文总结与展望

7．1 总结

7．2 对未来工作的展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读学位期间发表的学术论文及专利