R-Mg-Ni-Co系合金的储氢与电化学性能研究

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R-Mg-Ni-Co系储氢合金因放电容量较高、容易活化、放氢平台压力适中等优点而成为目前储氢合金电极研究的一个重要方向。目前R-Mg-Ni-Co系储氢合金电极的不足在于其放电容量在充放电过程中衰减过快,不能满足实用的要求,因此提高循环稳定性是该类合金当前研究的关键。本文以La-Mg-Ni-Co四元储氢合金为基础,采用高频感应熔炼制备了AB3.5型储氢合金,运用XRD、气固反应、电化学等手段研究了A侧Mg元素含量变化以及B侧元素替代对合金结构、气态储氢性能以及电化学性能的影响。   对于ML-Mg0.2Ni2.9Co0.6-x(Mn0.5Al0.5)x(x=0.0,0.2,0.4,0.6)系储氢合金,本文探讨了Mn、Al取代Co对其结构和性能的影响。XRD分析表明,该体系合金主要由吸氢相La(Mn,A1,Ni)5,La2Ni7以及少量非吸氢相Mg2Ni,MgNi2组成。LaNi5相的晶胞参数和晶胞体积随Mn,A1含量的增加而增大,x的变化不会引起合金主要吸氢相晶胞畸变。随着Mn,A1增加,合金氢化物的稳定性逐渐增强;合金的吸氢量和放电容量先增后降,在x=0.2时达到最大。当Co完全被替代后合金的吸氢量以及循环稳定性都急剧下降;循环伏安测试表明合金ML-Mg0.2Ni2.9Co0.4Mn0.1Al0.1(x=0.2)的抗腐蚀能力最强。实验结果表明Co,Al共存是增强合金循环寿命的有效途径。   对于ML-MgxNi2.9Co0.4Mn0.1Al0.1(x=0.10,0.15,0.20,0.25)系储氢合金,本文研究了Mg含量变化对其结构及性能的影响。研究表明,所有合金都由吸氢相La(Mn,Al,Ni)5,La2Ni7以及少量非吸氢相Mg2Ni相组成。随着Mg含量增加,La(Mn,Al,Ni)5相的晶胞体积增大,La2Ni7相的晶胞体积减小,但都没有发生畸变。合金电极的吸氢量随着Mg含量的增加而递增;合金的最大放电容量、高倍率放电能力以及容量保持率都随着Mg含量的增加而先增后减,并在x=0.2时达到最大值。循环伏安测试表明x=0.2,0.25的合金电催化活性、抗氧化性略高。合金ML-Mg0.2Ni2.9Co0.4Mn0.1Al0.i的表现最佳。   对于ML-Mg0.2Ni2.8M0.1Co0.4Mn0.1Al0.1(M=Cu,Fe,Cr, Ti)系储氢合金的研究表明,所有合金的吸氢相都由La(Mn,Al,Ni)5,(La,Nd)2Ni7相组成,M为Ti元素时合金中所含的非吸氢相最多。随着M所代表的元素原子序数减小,La(Mn,Al,Ni)5相晶胞体积增大,(La,Nd)2Ni7相的晶胞体积先增大后减小,但其晶胞均没有发生畸变。测试发现含Cr的合金气态储氢量最大,含Cu的合金放电容量最高,含Ti的合金气态储氢量以及放电容量都最小;循环伏安测试表明,含Fe,Cr的合金抗氧化性高于含Cu,Ti的合金;充放电循环测试表明,在前30个循环含Fe,Cr的合金具有良好的稳定性;这说明元素Fe、Cr能有效延缓合金放电容量的衰减。
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