球磨Ti1.1-xFe0.6Ni0.3Zr0.1Mn0.2Prx(x=0~0.08)+10wt.%Ni合金的微观结构及电化学性能研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mamao844661
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随着混合动力汽车的普及速度越来越快,对其使用的电池提出的要求也越来越高。而钛铁系贮氢合金作为镍氢电池负极材料,因其理论放电容量高(放电容量是512 mAh·g-1)和原料廉价等特点受到极大关注。然而钛铁系贮氢合金在碱性电解液中的放电性能极差。本文在前人的研究基础上,通过机械球磨法和元素替换法,以Ti1.1-xFe0.6Ni0.3Zr0.1Mn0.2Prx(x=0~0.08)+10 wt.%Ni 贮氢合金为研究对象,系统地研究了放电容量和放电电压特性等电化学性能,并且探究了高倍率放电性能及开路电位,电荷转移阻抗Rct,极限电流密度IL,氢扩散系数D等动力学性能。本文实验所用的Ti1.1-xFe0.6Ni0.3Zr0.1Mn0.2Prx(x=0~0.08)合金采用真空感应熔炼的方法制备,然后分别进行球磨和添加10 wt.%Ni后球磨。通过XRD及SEM结合EDS分析了合金的相组成和微观结构。发现铸态Ti1.1-xFeo.6Ni0.3Zr0.1Mn0.2Prx(x=0~0.08)合金的相有TiFe相,NiTi2相和FeZr2相。球磨后发现只有TiFe相。添加Ni球磨后发现除TiFe相外还有少量Ni相。另外,由XRD分析结果可知随球磨时间的增加,合金颗粒不断细化,出现非晶化特征。随Pr替代量的增加,铸态Ti1.1-xFe0.6Ni0.3Zr0.1Mn0.2Prx(x=0~0.08)合金的放电容量先增加后减小,放电容量依次是74.4,81.7,82.5,89和84 mAh·g-1。放电中值电压从1.195 V增加到了 1.240 V。另外,高倍率放电性能也呈先降低后升高再降低的变化趋势。合金的抗腐蚀性能下降。当Pr替代量x=0.06时,高倍率放电性能最好。通过分析合金表面电化学反应阻抗Rct,极限电流密度IL值和氢扩散系数D值与高倍率性能变化规律可知,合金高倍率性能的影响因素是由于合金中电荷转移速率和氢原子在合金体中的扩散速度共同作用的缘故。对铸态 Ti1.04Fe0.6Ni0.3Zr0.1Mn0.2Pr0.06合金球磨 5,10,15,20 和 30 h 后,放电容量有较大提升,球磨20 h的放电比容量最大,是195.9 mAh.g1。开路电位显示球磨工艺降低了合金抗腐蚀能力。合金高倍率放电性能呈先减小后增大再减小的趋势。通过对电化学反应阻抗Rct,极限电流密度IL和氢扩散系数D与高倍率放电性能变化的规律分析表明,氢在合金体内的扩散能力对高倍率放电性能影响较大。当球磨20h时,合金的电化学和动力学性能最佳。对铸态 Ti1.04Fe0.6Ni0.3Zr0.1Mn0.2Pr0.06+10 wt.%Ni合金同样球磨 5,10,15,20 和30 h后,放电比容量依次降低,球磨5 h的放电比容量达到最大值,是234.2 mAh-g-1。添加Ni球磨后的合金,容量保持率整体得以提高,S20值分别是59.38,58.12,56.22,54.78和70.6%。动力学性能方面,高倍率性能呈逐渐下降的趋势。合金的抗腐蚀性能下降。通过分析电化学反应阻抗Rct,极限电流密度IL值和氢扩散系数D值与高倍率性能变化规律可知,在合金添加Ni后球磨的情况下,氢在合金体内的扩散能力是影响高倍率性能的主要因素。
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