论文部分内容阅读
就目前已研发出的诸多储氢合金而言，La-Mg-Ni系合金由于其放电容量大等诸多优点而备受关注。但最大的应用瓶颈是其循环寿命不好，所以解决La-Mg-Ni系贮氢合金在其应用领域的关键性问题就是如何在保证放电容量的基础上改善其循环稳定性。现阶段，国内外有关对La-Mg-Ni系A2B7型储氢电极合金的许多关键性理论问题仍有待解决，其中包括合金储氢材料的循环稳定性的衰退机理、材料的成分及其结构等对电化学乃至动力学性能的影响、多元合金化对材料综合性能的改善等等。本文以La-Mg-Ni系A2B7型合金作为基体。采用中频真空感应炉熔炼出La0.82Mg0.18Ni3.5-xAlx（x=0.05,0.10,0.15,0.20）铸态合金，通过分析合金组分、过程控制剂（THF）、球磨时间和催化剂等因素的实验数据，结合材料的XRD结构表征结果，探讨对合金结构和电化学性能等的影响。对La0.82Mg0.18Ni3.5-xAlx（x=0.05,0.10,0.15,0.20）合金设计三因素四水平正交实验。得到容量保持率最佳工艺条件是Al替代量0.20，四氢呋喃量6ml，球磨时间为20min，循环20次的容量保持率为63.19%；最大放电容量最佳工艺条件是Al替代量0.05，四氢呋喃量10ml，球磨时间为20min放电容量可达356.2mAh/g。随着Al替代量的加大和四氢呋喃的用量的降低，合金均是由LaNi5相和La2Ni7相构成的主相且整体相结构变化不显著，La2Ni7相随之逐渐减少，LaNi5相逐渐增多。同时LaNi5和La2Ni7相a轴和c轴等晶胞参数都在不同程度上的略有增大，并且晶胞体积也有呈小幅的增加趋势。EIS、交换电流密度所表征的电极表面电荷转移速率降低；氢扩散系数所表征的体内氢扩散速率先下降再提升后下降，这与HRD很好的吻合，说明此系列合金的高倍率放电能力受到电荷在合金表面的迁移速度与体相内氢的扩散速率综合制约。La0.82Mg0.18Ni3.45Al0.05+x(mol)TiO2（x=0~0.4）系列合金均是由主相为LaNi5相和La2Ni7相的多相构成，随着TiO2的增加出现TiNi3和MgNi2的杂相。该系列合金都具有优异的活化性能，TiO2的增加虽然降低了放电容量但对循环稳定性有了明显的改善。同时也削弱了高倍率放电能力，这与其EIS、线性极化及氢扩散系数所表现出的规律一致，说明高倍率放电能力可能同时受到氢在合金体内的扩散速率和电荷在合金表面的转移速率综合制约。研究了La0.82Mg0.18Ni3.30Al0.20+x(mol)TiO2（x=0~0.4）系列合金的动力学性能。随着TiO2含量的加大，合金的高倍率放电能力呈先升高再降低趋势，当x=0.3时为最大值。表现合金表面电荷迁移速率的EIS和交换电流密度整体呈减低趋势。氢扩散系数则与高倍率放电性能的规律一致，说明高倍率放电性能主要受合金体内氢扩散速率控制。此系列合金的循环稳定性先提高再略微降低，在x=0.3时性能最佳。对于该合金来说，具有相对最优的综合性能是在TiO2为0.3时。