混合稀土lamgni系punilt3gt型贮氢合金结构和电化学性能的研究

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1、摘要本文首先对各种贮氢合金的研究开发状况进行了全面评述，进而确定以La-Mg-Ni系三元PuNi3型贮氢电极合金为研究对象，以改善La-Mg-Ni系三元PuNi3型贮氢电极合金的较差的循环寿命及提高合金的高倍率放电性能和动力学性能为目的，着重从La侧稀土成分优化方面进行，并采用适当的合金制备和热处理工艺，通过x射线衍射、扫描电镜、EDS能谱分析、正交设计方法和各种电化学测试技术(如恒电流充放电、线性极化、恒电位阶跃放电及电化学阻抗谱等)深入系统地研究PuNi3型贮氢合金的电化学性能与其微结构和动力学特征之间的关系，

2、并得到了改善贮氢合金综合电化学性能的一些实验性规律。研究表明，PuNi3型贮氢合金的综合电化学性能与其微结构和动力学性能密切相关，混合稀土元素的加入提高了贮氢合金电极表面的电化学反应速率及促进了氢在合金中的扩散从而改善了贮氢合盒的高倍率放电性能：此外混合稀土元素的加入又有利于减少贮氢合金在充放电过程中的晶格膨胀及增强了合会在碱液中的抗腐蚀性能，从而提高了PuNi3型贮氢合金的循环稳定性。对用混合稀土成分替代Lao．67M9033Ni30A83型贮氢合金中的La元素研究表明，富铈混合稀土替代得到的贮氢合金由于其吸放氢

3、平台很高导致其电化学容量很低(200mAh／g以下)，而富镧混合稀土替代后贮氢合盒的电化学容量仍然能够保证在320mAh／g以上，进一步在富镧混合稀土的基础上采用混合稀土Lao：TCeo．fPrxNdo2。(x=o，0．1，0．2)替代La得到的(Lao．TCeo．iPrxNdo．2。)o67Mgo33Ni3，o(x=O，0．1，0．2)贮氢合余和Lao．67Mgo．33Ni30贮氢合金相比仍能保持PuNi3型为主相的结构，但合金的晶胞参数有所变化：晶胞体积有所减少，且PuNi3型结构中的晶胞参数发生了各项异性膨胀

4、，a轴减小，c轴及轴比e／a增大。替代后的贮氢合命(Lao．7CeoiPrxNd2。)0．67Mgo．33Ni3．o(x=O，0．1，0．2)的电化学放电容量略有下降，但仍能达到377mAh／g以上；循环稳定性有Tilt大的改善，和La0．67Mgo,33Ni3．o贮氢合金相比，100次循环容量保持率从64％分别提高到82．8％、83％、82．6％：除此之外，高倍率放电性能及其它各项电极动力学性能指标(交换电流密度I。、极限电流密度I．，交流阻抗、氢的扩散系数D))都有很大的改善。对用混合稀土元素替代LaI．5Mg

5、o5Ni7．oA287型贮氢合金中的La元素的研究采用正交设计方法，利用L8(23)正交设计方案系统的研究了稀土元素ce、Pr、M及各种稀土元素之间的交互作用对Lat．sMgo5Ni70型贮氢合金电化学性能的影响，研究表明：Pr、ce元素的添加都在很大程度上降低了贮氢合金的电化学放电容量，而Nd元素的添加对贮氢合金的电化学放电容量影响较小；Pr、Nd元素的添加能够很好的改善贮氢合金的循环寿命，而Ce元素的添加则显著的降低了循环寿命：Pr、Nd的添加I摘要通过较好的改善贮氢合金的动力学性能而提高了合金的高倍率放电性能

6、；根据正交设计方法综合各稀土成分优化的合金(La。¨ce。。Pr。Nd一)．5M甄。Nh很好的满足改善PuNi。型贮氢合金的综合电化学性能的要求，其电化学放电容量为368．2mAh／g，100次循环容量保持率为89．66％，900mAJg放电时，倍率放电为91．86％。关键词：PuNJ：，型贮氢合金，稀土元素，合金结构，电化学性能I

7、摘要AbstractInthispaper,previousresearchworksonsortsofhydrogenstoragealloyshavebeenextensively

8、reviewed．Onthisbasis，theLa-Mg—NibasedPuNi3一typehydrogenstorageelectrodealloyswereselectedasthesubjectOfthisstudy．Thisworkaimstoimprovethecyclingnumberandhigh-ratecapacityofPuNi3-typehydrogenstoragealloysmainlythroughoptimizingtherareearthcompositionofLasidecom

9、binedwithappropriatedalloyspreparatedmethodandannealingathi出temperfiture，BymeansofXRD，sEM，EDSanalysisandtheelectroehemicaltestmethodssuchasgalvanostaticcharge．dischar-ge，linearpola