元素硼和钼对AB5型贮氢合金电化学和动力学性能的影响

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本文采用感应熔炼和电弧熔炼的方法分别制备了MmNi3.70-xMn0.35- Co0.60Al0.25Bx(Mm代表由40.63%的La、41.98%的Ce、4.02%的Pr和13.37%的Nd组成的混合稀土金属;x = 0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25)和La0.35Ce0.65- Ni3.54Co0.80-xMn0.35Al0.32Mox(x = 0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25)贮氢合金。使用XRD对合金的相结构进行表征,合金电极的电化学性能主要通过恒电流充/放电的方法测试,动力学性能采用线性极化、阳极极化、恒电位阶跃、循环伏安等方法进行测试。XRD图谱分析表明,在MmNi3.70-xMn0.35Co0.60Al0.25Bx(x = 0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25)贮氢合金体系中,不含硼合金(x = 0)中仅有CaCu5型结构的LaNi5相,而含B合金(x > 0)由LaNi5相和少量CeCo4B型结构的第二相组成,且第二相的含量随B含量x的增加而增加;对于La0.35Ce0.65Ni3.54Co0.80-xMn0.35- Al0.32Mox(x = 0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.40)贮氢合金,Mo部分替代Co之后,合金保持CaCu5型结构的LaNi5相。在MmNi3.70-xMn0.35Co0.60Al0.25Bx(x = 0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25)贮氢合金中,由于第二相的生成,含硼合金电极的活化性能得到改善;随着B含量增加,合金电极的高倍率放电性能先增大后减小,在x = 0.20处达到最大;当x从0.00增加到0.25时,合金电极的交换电流密度I0从x = 0.00的284.17 mA/g增加到x = 0.20时的327.07 mA/g,又降低到x = 0.25时的293.04 mA/g,合金电极内部氢的扩散系数D从0.93×10-10 cm2/s (x = 0.00)增加到1.58×10-10 cm2/s (x = 0.20),进而又降低到1.12×10-10 cm2/s (x = 0.25)。当x = 0.20时,合金具有较好的电化学动力学性能。对于La0.35Ce0.65Ni3.54Co0.80-xMn0.35Al0.32Mox(x = 0.00, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.40)贮氢合金,Mo替代Co使得合金电极易于活化,并且对合金电极的高倍率放电性能也是有利的(最佳的替代量是x = 0.25),在1200 mA/g的放电电流密度下,合金电极的高倍率放电性能(HRD)从38.3% (x = 0.00)增加到50.9% (x = 0.25)接着又降低到40.2% (x = 0.40);随着Mo替代量的增加,合金电极的交换电流密度I0逐渐增大,合金电极的氢扩散系数先增加后降低,在x = 0.25时达到最大。当x = 0.25时,合金具有较好的电化学和动力学性能。
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