a侧元素对ab3型合金晶体结构与贮氢性能的影响

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1、摘要IIIIIllllIIIIflrlII、Y1967200氢能作为一种清洁、高效、安全和可持续的新能源，被视为2l世纪最具发展潜力的清洁能源，也是人类的战略能源发展方向。近年来，研发贮氢容量大、动力学性能好、低成本和无污染的新型贮氢合金材料替代传统的LaNi5基贮氢合金逐渐成为研究的热点。AB3型(A=稀土元素，Mg，Ca及第Ⅲ，Ⅳ族元素；B=Ni，Co，Fe，Cu，Zn等)贮氢合金具有PuNi3型(斜六面体结构，空间群为R．3埘)或CeNi3型晶体结构，其中PuNi3型结构兼有AB5型贮氢合金(CaCu5型结构)和Laves相AB2型贮氢合金的特点，因此，

2、AB3型贮氢合金的性能可能兼有两者的优点，越来越多地受到人们的重视。但是，虽然AB3型贮氢合金初始吸氢量大，但其在吸氢后易形成非晶态氢化物，导致循环寿命变差，从而阻碍了实际应用。因此，如何改善其循环寿命成为研究AB3型贮氢合金的关键。有关研究表明，通过对A、B两侧元素进行部分替代可有效地改善AB3型贮氢合金的循环寿命，但关于A侧元素对晶体结构的影响以及A侧元素替代对改善AB3型合金贮氢性能具体机理的研究报道相对较少。本文以AB3型贮氢合金中的LaNi3合金为参考相，并选取CeNi3、LaY2Ni9和CeY2Ni9共四种合金作为研究对象，运用x射线衍射技术结合R

3、ietveld结构精修及TEM等材料分析方法，有针对性地研究了A侧元素替代对AB3型贮氢合金晶体结构的影响。同时，通过Sievert气,态吸放氢循环、循环伏安测试和恒电流充放电等电化学测试技术，进_步研究和分析了A侧元素对AB3型贮氢合金的气态和电化学贮氢特性的影响。．研究表明，LaNi3、LaY2Ni9和CdY2Ni9三种合金的晶体结构均与PuNi3型结构相吻合，具有R．3m的空间点群，而CeNi3的空间点群则为P63／mmc。与LaNi3相比，LaY2Ni9合金的点阵常数a和c分别减小了0．7％和2．O％，晶胞体积减小了3．3％；与CeY2Ni9相比，La

4、Y2Ni9合金的点阵常数a减小了0．9％，c增加了0．7％，晶胞体积减小了1．2％。A侧原子的点阵位置在替代过程中具有一定的选择性，即原子半径较大的原子倾向于占据点阵中的3a位置，半径较小的原子倾向子占据6c位置。通过对合金进行气态吸放氢性能测试发现，LaNi3合金在200*(2条件下会部分分解产生LaNi5相和LaH2相，而LaY2Ni9、CeY2Ni9和CeNi3三种合金则会分解产生ANi3相和ANi5相。四种AB3型合金均有不同程度的氢致非晶化现象出现，Ce元素和Y元素在A侧的替代能够一定程度上减小合金非晶化的趋势。摘要进一步的电化学研究发现，四种AB3

5、型贮氢合金电极的放电曲线在．0．75士0．02V处均存在着第二个放电过程，经分析其原因是合金中存在非晶相或／和二元氢化物LaH2，CeH2和YH2。四种贮氢合金电极的活化性能较好，经20次充放电循环后，容量均有一定程度的衰退且衰退规律基本相似，其原因主要是由于合金在反复充放电循环中发生的氢致非晶化、吸放氢过程中晶格膨胀与收缩导致合金颗粒的粉化以及合金元素在电极表面氧化和溶解等因素综合影响所造成。四种合金中LaNi，合金的氢致非晶化趋势最强烈，在第一次吸放氢循环时即迅速非晶化，所以LaNi3合金能达到的最大放电容量比其它三种合金电极要低，之后的循环中LaNi3合

6、金继续发生非晶化的合金比例也已不大，所以容量的变化也较其它三种合金要小。以上的实验和分析结果，说明了A侧元素的替代对AB3型贮氢合金晶体结构的影响，并揭示了在替代过程中A侧原子的特殊占位情况。同时也研究了A侧元素对贮氢合金循环寿命和电化学特性的影响，将来开发合成新型AB3型贮氢材料在A侧元素的选择上提供了一定的参考。关键词：AB3型合金，晶体结构，元素替代，X射线衍射，氢致非晶化中图分类号：TGl39．7Ⅱ摘要ABSTRACTHydrogenenergyisregarded弱oneofthemostpromisingnewenergyinthe21啦centu

7、ryforitscleanliness，efficiencyandsafety,itisalsoregardedastherightdirectionofmankind’Sstrategicenergydevelopment．Storinghydrogenbysolid—statematerialbecomesmoreandmoleattractivesinceitallowsforsafestorage．Ingeneral，AB3-typehydrogenstoragealloycrystallizeeitherinthePuNi3-ty’perhomboh

8、edralstructure(R-3m