合金成分优化对lamgnicomnal系贮氢电极合金相结构及电化学性能影响的研究

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1、浙江大学硕士学位论文摘要本文在全面综述国内外AB3型贮氢合金研究进展的基础上，确定以La-Mg—Ni—Co—Mn—Al系La07Mgo3Nb5coo75MnolAl02贮氢电极合金作为研究对象，采用xRD分析及metveld法结构精修等材料分析方法以及恒电流充放电、电化学阻抗、线性极化、阳极极化和恒电位阶跃等电化学测试技术，分别就Nd对La的部分替代，Pf对La的部分替代以及cr对Ni的部分替代对La07Mgo3Nb5Coo75Mn01Alo2合金相结构和电化学性能的影响做了深入系统的研究。揭示合金的成分、相结构与电化学性能的关系，并力求通过成分优化进一

2、步改善La-Mg．Ni—co—Mn．Al系贮氢电极合金的综合电化学性能，开发出一种兼具高容量和长寿命的新型稀土系贮氢电极合金。为了提高合金的综合性能，采用Nd对La07Mgo3N“5Coo75Mn01Alo2合金中的La进行部分替代，系统研究了Lao7．xNd。Mgo3N“5coo75MllolAlo2(x=O．O—O-30)合金的相结构和电化学贮氢性能。结果表明，所有合金均主要由斜六面体PuNi3型结构的(La，Mg)Ni3相和六方cac“5型结构的LaNi5相组成，I己ietveld结构精修发现，随着Nd取代量的增加，合金中两主相的a、c轴参数和晶胞

3、体积均逐渐减小。同时(La，Mg)Ni3相的丰度从x-O．00时的69．39、Ⅳt％减少到x=0．30时的49．58们％(x=0．30)，相应的LaNi5相的丰度则是由X=0．oo时的30．61叭％增加到x=O．30时的50．42训：％(X=0．30)。电化学性能测试表明，随着x值提高，合金电极的最大放电容量逐渐下降，但是合金电极的循环稳定性得到改善，经100次循环后的容量保持率(s加击从x=O．O时的73t2％提高到x-O．30时的80．9％。对合金电极的高倍率放电能力，电化学反应阻抗谱、线性极化、阳极极化以及恒电位阶越的研究表明，合金电极的高倍率放电

4、能力、电化学反应阻抗、交换电流密度、极限电流密度、氢在合金中的扩散系数均随着x值的增大呈现先增加后降低的规律。这表明，随着Nd取代量的增加，合金电极的电化学动力学性能呈现出先提高后降低的趋势。综合比较发现，当Nd替代量为x=0．10时，合金具有较好的综合电化学性能，其最大放电容量为372．7m舢／g，活化次数为2次，在1000m刖g放电电流密度下的高倍率放电能力(舰D埘D)可达70．1％，经100次充放电循环后的容量保持率圆叩)为78．4％。在此研究的基础上，进一步研究了Pr对Lao7M903Nb5coo75h血01Alo2合金中的La进行部分替代后‰7

5、．xPrxM903N匕5Coo75MIl0lAl02(x=O．O-O．30)合金的相结构和电化学贮氢性能。结果表明，上述合金仍主要由(La，Mg)Ni3相和LaNi5相组成，两相的晶胞参数和晶胞体积均随x值的增加而减小。同时(La，Mg)Ni3相的丰度从x=O．oo时的69．48、vt％减少到X_0．30时的40．52州％(x=0．30)，相应浙江大学硕士学位论文的LaNi5相的丰度则是x=O．oo时的30．52讯％增加到x=O．30时的59．48埘％(X=0．30)。电化学性能测试表明，随着x值提高，合金电极的最大放电容量同样是逐渐下降，但是合金电极的

6、循环稳定性得到改善，经100次循环后的容量保持率岱，叩)从x=O．oo时的75．7％提高到x_0．30时的80．6％。对合金电极的高倍率放电能力，电化学反应阻抗、交换电流密度、极限电流密度的研究表明，随着Pr取代量的增加，合金电极的电化学动力学性能同样呈现出先提高后降低的趋势。综合比较发现，当Pr替代量为x=O．15时，合金具有较好的综合电化学性能，其最大放电容量为356．8mAh／g，活化次数为2次，在1000mA／g放电电流密度下的高倍率放电能力(删D，o动可达78．9％，经80次充放电循环后的容量保持率(&。)为79．4％。元素cr对Ni的部分替代

7、对La07Mgo3N“5Coo75MIlolAl02合金相结构和电化学性能影响的研究表明，所有合金的主相均为(La，Mg)Ni3相和LaNi5相，而且随着Cr量的增加，合金中会相继出现cr2Ni3相和La2Ni7相。同时随着cr替代量的增加，合金中各个相的丰度发生了相对变化，总的趋势是(La，Mg)Ni3相相对减少，相应的LdNi5相、La2Ni7相、Cr2Ni3相的含量逐渐增加。这一结果说明在La．Mg．Ni．co．Mn—Al系贮氢合金中cr对Ni的替代促进了LaNi5相、La2Ni7相、cr2Ni3相的形成。电化学研究表明，合金的最大放电容量随着cr

8、替代量的增加有较大的降低，从x=O．O时的355．2m舢／g逐渐下降到x=O．6