磁热处理对La<,0.67>Mg<,0.33>Ni<,3-x>M<,x>(M=Co,Cu)系贮氢合金相结构及电化学性能的影响

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本文以AB3型La0.67Mg0.33Ni3-xMx(M=Co,Cu)(x=0,0.5)系贮氢电极合金为研究对象,用铁磁性元素Co及抗磁性元素Cu分别部分取代磁性元素Ni。首先通过真空感应熔炼法制备了LaL0.67Mg0.33Ni3.0,La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5及La0.67Mg0.33Ni2.5Cu0.5三种合金,然后对它们分别进行了常规热处理和磁热处理,并对比研究其铸态、热处理及磁热处理三种状态的合金相结构及电化学性能,分别采用了XRD、光学显微镜及电子显微镜研究了合金的相结构;利用恒电流充放电法考察了合金的放电容量和循环性能,采用交流阻抗及线性极化和阳极极化法测定了电极合金的电化学动力学性能,并初步探讨了磁热处理对该体系贮氢电极合金的作用规律。 研究发现,铸态La0.67Mg0.33Ni3.0、La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5及La0.67Mg0.33Ni2.5Cu0.5合金的主相构成为(La,Mg)2Ni7和LaNi5及少量(La,Mg)Ni3相。经热处理后,合金的主相构成为LaNi5相和(La,Mg)2Ni7相,(La,Mg)Ni3相基本消失。热处理促进了合金的次要相向主相的转变,同时合金的放电容量得以大幅度增加,热处理后合金放电容量和循环容量保持率都明显提高和改善。 通过L9(3)4正交设计实验优化了La0.67Mg0.33Ni3-xMx(M=Co,Cu)(x=0,0.5)贮氢电极合金的磁热处理工艺,初步探索了磁热处理对合金相结构的影响作用以及这些作用对电极合金动力学性能产生的影响。研究证实,当合金相的主相为单一(La,Mg)2Ni7相时,合金的放电容量较高,但其放电容量保持能力较差:当合金主相为(La,Mg)2Ni7和LaNi5共同组成时,合金的放电容量和容量保持率较好。通过研究三种合金的电化学动力学性能可知,对于同一组分的贮氢合金的电化学动力学性能测试结果表明,磁热处理均改善了三种贮氢合金的电化学动力学性能:对于La0.67Mg0.33Ni3.0和La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5两种合金的主相为单相结构时,铁磁性物质的Ni和Co有利于促进合金粉之间及合金粉与导电剂间接触良好,从而降低了电子在电极表面的转移阻抗,提高了氢在合金体相扩散速度。而对于多相的La0.67Mg0.33Ni2.5Cu0.5合金,抗磁性物质Cu使得合金经磁热处理后剩磁不多,导致合金粉之间及合金粉与导电剂间接触的改善不明显,但合金的多相结构有利于电子和氢原子扩散,故其电化学动力学性能也较好。
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