共沉淀-还原扩散法制备La-Mg-Ni-Co系储氢合金的研究

摘要

本文首先论述和分析了La-Mg-Ni-Co系储氢合金的结构和储氢性能的研究进展及其制备工艺。采用共沉淀-还原扩散制备方法,以研究开发低成本、具有良好循环稳定性的La-Mg-Ni-Co系多元储氢电极合金为研究方向,进行了以下几个方面的研究:
　　首先,研究了共沉淀-还原扩散法制备La-Mg-Ni-Co系储氢合金的具体工艺,确定了最佳的工艺参数。制备条件为:原料硝酸盐混合溶液中金属离子总含量以40g/L为宜,各金属离子按化学计量比配比,其中稀土离子过量5％,镁离子过量10%;沉淀剂选用草酸-乙醇溶液,并过量50%,采用快速滴加的方式加入沉淀剂,反应温度为60-70℃;还原剂CaH2的用量为理论用量的1.5倍,再在高纯氢气气氛中,升温至950℃,保温4h,密闭条件下缓慢冷却至室温,得到成分均一的多元合金。X射线衍射和扫描电镜分析表明:合金晶粒分布均匀,粒径较小,大约在200nm左右。
　　其次,研究了A、B两类元素不同化学计量比对四元合金La-Mg-(Ni-Co)x(x=3.0,3.3,3.5)相结构和电化学性能的影响。研究发现,三种成分合金均主要由LaNi5相和少量的Co5La相组成,随着B侧元素计量比的增加,合金中出现了少量的MgNi2相、LaNi3相和单质Ni的杂峰。合金电极的活化性能没有变化,合金电极的循环稳定性随B侧元素计量比的增加,容量保持率S100由45.1%(x=3.0)降低至31.4%(x=3.5),其最大放电容量和高倍率放电性能也随之下降。
　　最后,研究了Ni逐步替代Co对合金La0.75Mg0.25Ni3.1-xCoxMn0.1Al0.3(x=0-0.4)微观组织、相组成和电化学性能的影响。研究结果表明,合金的相组成较复杂,当x≤0.1时,合金的主相为LaMg2Ni9、MgNi2、AlLa3相,部分的Al0.42Ni0.58相及少量的Ni相,Co的加入使合金中出现了Mn3Co7相,随着Co含量的进一步增加,x>0.1时,合金中产生了Al14Co3Ni3和Al50Mg48Ni2相,随后,合金的主相变为Co5La和LaNi5相。当Co含量x=0.3时合金电极的放电容量和容量保持率最大,高倍率放电性能最优,可见该系列合金中综合性能最优的成分为La0.75Mg0.25Ni2.8Co0.3Mn0.1Al0.3。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 镍氢电池的发展概况

1.3 MH-Ni的工作原理

1.4 储氢合金电极的分类和研究现状

1.5 La-Mg-Ni-Co系储氢合金的研究进展

1.6 课题的研究意义和主要研究内容

2 实验方法

2.1 合金的成分设计

2.2 合金相结构分析

2.3 合金成分分析

2.4 合金形貌分析

2.5 合金的电化学性能测试

3 共沉淀-还原扩散法制备La-Mg-Ni-Co系多元合金工艺研

3.1 实验步骤

3.2 共沉淀条件的研究

3.3 氢化钙的还原扩散反应研究

3.4 本章总结

4 化学计量比对La-Mg-Ni-Co系四元储氢合金的相结构、形

4.1 合金的相结构

4.2 合金的电化学性能

4.3 本章总结

5 A2B7型La0.75Mg0.25Ni2.7+xCo0.4-xMn0.1Al0.3（x=0-0.4）储氢合

5.1 合金的相结构

5.2 合金的电化学性能

5.3 本章总结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 存在不足与展望

致谢

参考文献

附录：硕士期间研究成果