无钴AB5型储氢合金相结构和电化学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lxfsb001
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本文全面综述了AB5型低Co或无Co储氢合金国内外研究进展,确定以提高AB5型无Co储氢合金微观组织均匀性以及合金电极综合电化学性能为研究目标,采用XRD、SEM、EDS以及相应电化学测试等手段,比较系统的研究了合金元素多元化和快凝处理对过化学计量比AB5型无Co储氢合金相结构和电化学性能的影响,并针对以上处理产生合金电极动力学性能差问题,对优选出的合金进行热碱处理和退火处理,进一步提高AB5型无Co储氢合金的综合电化学性能。  采用常规熔铸和快凝技术制备过计量比 AB5型无 Co储氢合金 La0.8Ce0.2 Ni4.65-xMn0.9Ti0.05(V0.3Fe0.4Al0.3)x(x=0~1.0),研究了(V0.3Fe0.4Al0.3)和快凝处理对合金相结构和电化学性能的影响。XRD和SEM结果表明,铸态合金组织由基体CaCu5型相和少量第二相组成;当 x<0.7时,快凝合金组织为计量比为 AB5.5的 CaCu5型单相组织,当x≥0.7后,合金中形成少量富 La的 La-Ni相;铸态与快凝合金的晶胞参数a、c及晶胞体积V均随x的增加而增加,快凝合金晶胞参数和晶胞体积明显大于铸态组织。室温(298K)下铸态和快凝合金的放氢平台压随 x的增加均依次降低,其中快凝合金放氢平台压降低幅度大。电化学测试结果表明,随 x的增加,铸态和快凝合金电极的活化性能和最大放电容量均呈下降趋势,但电极循环稳定性逐渐提高;x=0.3~0.5时,快凝合金电极的最大放电容量为306~316mAh/g,经100次循环后的容量保持率 S100达90%左右,快凝合金电极的循环寿命明显优于铸态合金。  对优选出的快凝合金x=0.3试样进行热碱处理,并研究热碱时间对合金电极电化学性能的影响。研究表明,热碱处理可以在合金表面形成富Ni层,而Mn、Ti、Fe、V、Al被溶解,La、Ce会与碱液反应生成相应难溶的稀土氢氧化物,附着在合金表面,在合金表面形成疏松多孔的形貌。电化学性能研究表明,合金电极的活化性能、最大放电容量、高倍率放电性能以及容量保持率均在热碱处理时间2h时达到最佳值;当热碱处理时间大于2h,合金电极的相应电化学性能均下降。经热碱处理2h的合金电极其最放电容量可由未处理的316.5mAh/g提高到321.4mAh/g,活化次数为1次,HRD900由未处理的70.8%提高到90.8%,第100次循环的容量保持率(S100)从未处理的88.3%提高至92.6%。  采用常规熔铸方法制备 AB5型储氢合金 La0.8Ce0.2Ni4.35Mn0.9Ti0.05(V0.3 Fe0.4Al0.3)0.3,并对铸态合金进行短时间退火处理,对其相结构和电化学性能进行研究。结果表明,铸态合金粉末DSC分析显示合金在593.12℃和908.62℃有两个吸热峰,因此对铸态合金进行600、800、900、1000℃×3h退火处理,铸态和退火态600×3h合金组织主相为CaCu5型相,第二相为富Mn的V-Fe-Mn相,随着退火温度的升高,合金组织均为单相 CaCu5型相组织。铸态合金退火处理后明显提高合金电极的循环稳定性,合金电极的活化性能和最大放电容量变化不明显,而高倍率放电性能随着退火温度的升高而降低。
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