退火处理对R-Mg-Ni系A2B7型储氢合金微观组织和电化学性能的影响

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本文是在对国内外La-Mg-Ni系储氢合金研究进展进行全面综述的基础上,确定以La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金为研究对象,采用ICP、XRD、EPMA、Rietveld全谱拟合等材料研究方法和电化学测试方法对退火处理对该系列储氢合金的微观组织和电化学性能的影响进行了研究。在保证合金成分基本稳定的前提下,本文首先对组成为La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金进行不同时间退火处理并对其微观组织和电化学性能进行考察,发现退火时间的延长有利于改善合金的综合电化学性能。随后,本文继续研究了退火温度对上述成分合金的微观组织和电化学性能的影响,发现退火温度过高会使合金综合电化学性能降低;由于在此成分合金体系中Mg元素含量对合金综合电化学性能有重要影响,本文同时考察了Mg含量的变化对La0.8-xGd0.2MgxNi3.1Co0.3Al0.1(x=00.5)合金微观组织和电化学性能的影响规律。在氩气气氛和1173K保温条件下对La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1储氢合金进行不同时间(t=8 h168 h)的退火处理。研究结果表明,延长退火时间可有效增加合金中Ce2Ni7型相丰度,当退火时间t=168h时其相丰度达到94.5%。退火合金电极的电化学性能与Ce2Ni7型相的丰度有密切关系,合金电极放电容量随退火时间的延长逐渐提高,当t=168 h时,合金电极放电容量达到最大值386.8 mAh/g;退火时间对合金电极循环稳定性的提高和改善有不同程度的影响,当退火时间t=16168 h时,经100次充放电循环后,其电极容量保持率S100=90.391.5%。热处理能有效改善合金电极电化学反应的动力学性能,但不同退火时间对合金电极的高倍率放电性能影响不明显。在氩气气氛和t=16 h保温条件下对La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1储氢合金进行不同温度(T=1173K1223K)的退火处理。研究结果表明,适当升高退火温度有利于提高退火合金组织中Ce2Ni7型相的相丰度,当退火温度T =1198K时,Ce2Ni7型相的丰度为91.6%。但退火温度过高会导致合金中Ce2Ni7型相的相丰度下降的同时CaCu5型相丰度上升,从而改变合金的相结构。退火温度的变化对合金电极活化性能影响不大,但适当升高退火温度能提高合金的最大放电容量,当退火温度T=1198 K时,合金电极放电容量达到最大值382.7mAh/g;升高退火温度可以改善合金的电化学循环稳定性,但退火温度过高会使合金中电极的最大放电容量以及电化学循环稳定性下降。在本课题组前期工作的基础上,结合前两步的实验结果,系统的研究了Mg含量对La0.8-xGd0.2MgxNi3.1Co0.3Al0.1 (x=0~0.5)的微观组织和电化学性能的影响。结果表明,La0.8-xGd0.2MgxNi3.1Co0.3Al0.1 (x=0~0.5)合金组织主要由Ce2Ni7型、Gd2Co7型、CaCu5型、Pr5Co19型和PuNi3型相组成,适量添加Mg有利于提高合金中Ce2Ni7型相的相丰度。当x=0.15时合金的Ce2Ni7型相的相丰度达到最大值87.0%。退火合金电极的电化学性能与合金中Mg含量关系密切,不同Mg含量对合金的活化性能,最大放电容量,以及电化学循环稳定性影响明显。当x=0.15时,合金具有最大的电化学放电容量和较好的循环稳定性,其放电容量达到391.4mAh/g,经100次充放电循环后,其电极容量的保持率S100为92.0﹪,向合金中添适量Mg能有效改善合金电极电化学反应的动力学性能。
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