Mg2Ni系储氢合金的制备及性能研究

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镁系储氢合金由于其储氢量高、密度小、资源丰富与价格低廉等等一系列优点,被认为是最具有开发前景的储氢材料之一。然而它也存在着一些缺点,如吸放氢条件比较苛刻,生成的氢化物过于稳定,吸氢动力学性能差,合金电极在碱液中的耐腐蚀性差,循环寿命低等。本文通过感应熔炼法、感应熔炼法+扩散退火制得Mg2Ni 与Mg-Ni-Zr 两个系列的4 种镁系储氢合金试样;采用两步法制得Mg2Ni、Mg-Ni-Fe、Mg-Ni-Al、Mg-Ni-Cr、Mg-Ni-Ti 与Mg-Ni-Al-Cr 六个系列20种不同成分的储氢合金试样。并对所制得的合金试样进行了X 射线结构分析、金相分析、SEM 分析、化学成份分析、TEM 分析、粒度分析与电化学性能分析(包括放电容量分析、循环稳定性分析与扩散系数测定),试验结果表明: (1)采用感应熔炼法可以在较低的温度下制得Mg2Ni 与Mg2Ni0.9Zr0.1两种镁系储氢合金。X 射线结构分析结果表明,两种合金的主相均为Mg2Ni 相。电化学性能分析结果表明,Mg2Ni 与Mg2Ni0.9Zr0.1 的室温恒电流初次放电容量分别为45.6mA·h·g-1 与56.7mA·h·g-1;20 次充放电循环后,二合金电极的放电容量衰减率分别为97%与87%。值得注意的是,扩散退火后,合金电极的电化学性能得以明显改善。(2)采用两步法,通过调节取代元素的种类与合金成分可以制得Mg2Ni、Mg-Ni-Fe、Mg-Ni-Al、Mg-Ni-Cr、Mg-Ni-Ti 与Mg-Ni-Al-Cr 六个系列20 种合金试样。X 射线结构分析表明,两步法制得的所有合金的主相均为吸氢相Mg2Ni,在Mg-Ni-Al 与Mg-Ni-Al-Cr 两个系列合金中出现了另一种吸氢相Mg3AlNi2。电化学性能分析结果表明,在这六个系列合金中,Mg-Ni-Al-Cr 系列合金电极的电化学性能最佳,其室温恒电流初次放电容量平均达到110mA·h·g-1左右,20 次充放电循环后,放电容量衰减至50%左右。另外,本文还着重讨论了制备工艺、取代元素、吸氢相Mg3AlNi2、扩散系数与Mg-Ni-Al、Mg-Ni-Fe、Mg-Ni-Ti 三系列合金的SEM 照片中所出现的“白亮颗粒”对合金电极电化学性能的影响。
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