Ti0.17Zr0.08V0.34Cu0.01Cr0.1Ni0.3储氢合金结构与电化学性能研究

采用XRD、FESEM-EDS、ICP及EIS等方法对Ti0.17Zr0.08V0.34Cu0.01Cr0.1Ni0.3储氢合金的微观结构及电化学性能进行了研究.XRD分析结果表明Ti0.17Zr0.08V0.34Cu0.01 Cr0.1Ni0.3固溶体储氢合金由BCC结构的V基固溶体主相和少量的C14 Laves相组成.FESEM-EDS测试结果表明V基固溶体主相为树枝晶结构,C14 Laves相呈网格状围绕着树枝晶.电化学测试结果表明,Ti0.17Zr0.08V0.34 Cu0.01 Cr0.1Ni0.3氢化物电极在303～343K较宽的温度区间内具有良好放电容量,在343K时电化学容量高达316.5mAh/g;在303K时循环100周次后,其容量为278.2mAh/g,容量保持率为87.0%,表明氢化物电极具有较好的循环稳定性,但其高倍率放电性能较差.Ti0.17Zr0.08V0.34Cu0.01Cr0.1Ni0.3氢化物电极的电化学阻抗谱表明,电极电化学反应的电荷转移电阻(RT)随温度的增加而显著降低,交换电流密度(I0)随温度的增加显著增加.ICP分析结果表明,V和Zr元素向KOH电解质中溶解严重,这可能是Ti0.17Zr0.08V0.34Cu0.01Cr0.1Ni0.3氢化物电极容量衰减的主要原因.     

ZrTi-V-Mn-Ni系贮氢合金的相结构与电化学性能研究*

优化合金组成,设计六种锆基AB2型贮氢合金材料。XRD分析表明,当0≤x≤0.5时,Zr1-xTix(NiCoMnV)2.1贮氢合金的主相都是Laves C15,但随Ti含量的增加,Laves C14相含量增多;当用V-Fe(85.6%)合金代替Zr0.6Ti0.4(NiCoMn-VFeCr)1.7中的V时,贮氢合金中Laves C14相的含量几乎可与Laves C15相当。电化学测试表明：Zr0.9Ti0.1(NiCoMnV)2.1贮氢电极的放电容量可达340mAh/g左右,但是随着Ti含量的逐渐增加,合金电极的放电容量降低很快。以适量的（V－Fe)合金取代Zr0.6Ti0.4(NiCoMnVFeCr)1.7合金中的V和Fe,发现合金电极的第一次放电容量就能达到200mAh/g左右,并且其容量稍高于含纯V的合金电极,容量可达315mAh/g左右。     

Ti、La对贮氢合金ZrMn0.7 V0.2 Co0.1 Ni1.2相结构和电化学性能的影响

研究了贮氢电极合金Zr1-xTixMin0.7V0.2Co0.1Ni1.2的相结构和电化学性能。结果表明，随着掺Ti量的增加，该合金主相中C15型Laves相含量逐渐减少而C14型Laves相含量逐渐增加，同时非Laves相Zr7M10和TiNi相全部消失，说明元素Ti掺杂量的增加抑制了第二相的产生。当含Ti量x=0．2时，该合金具有最大放电容量Cmax为354mAh／g，在放电电流为300mAh／g条件下，高倍率放电性能比母体合金提高了15％。而对于合金Zr0.75Ti0.2La0.05Mn0.7V0.2Co0.1Ni1.2，其活化性能被大大提高，只需4次就能达到最大放电容量372mAh／g，而且经过30次循环仍能保持最大放电容量的93％。     

合金V40Zr5Ti30Cr10Ni15Mox（x=0、2、4、6）的组织结构及电化学性能研究

研究了合金V40Zr5Ti30Cr10Ni15Mo x(x=0、2、4和6)的相结构及电化学性能。结果表明,所有合金均由BCC结构的V基固溶体主相和C14型Laves相组成。电化学测试结果表明,合金的放电容量随着Mo含量的增加先增大后减小。在x=2时,合金具有最大的放电容量408.3mAh/g,20次循环后容量保持率为83.2%。合金的高倍率放电性能随着Mo含量和电流密度的增加而降低,x=2时,合金的倍率放电性能最好。     

Zr1-xTix(Ni0.6Mn0.3V 0.1Cr0.05)2(x=0～0.5)Laves相储氢合金的电化学性能

本文研究Zr1-xTix(Ni0.6 Mn0.3V0.1Cr0.05)2(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)系Lav es相储氢电极合金的气态P-C-T性能、晶体结构及电化学性能.XRD分析表明,Ti合金化使 Zr基储氢合金主相从C15相转变为C14相.当x>0.2时,第二相Zr7Ni10相消失, 并出现TiNi相.Ti合金化使Zr基储氢合金中C15相和C14相的晶格常数线性递减.气态P-C-T 测试表明,Ti合金化从x=0增加至x=0.5时合金的吸放氢平台压力升高约10倍,但降低了储氢合金的最大储氢容量.电化学测试表明,Ti合金化有利于改善Zr基储氢合金的活化性能, 这与Ti在KOH溶液中易于溶解有关,但过高的Ti含量降低了合金电极的循环稳定性.Zr1 -xTix(Ni0.6Mn0.3V0.1Cr0.05)2合金的电化学容量和高倍率放电性能均随合金中Ti含量的增加先上升后下降,这与合金的相结构组成有很大关系 .     

合金V40Zr5Ti30Cr10Ni15Mox(x=0、2、4、6)的组织结构及电化学性能研究

研究了合金V40Zr5Ti30Cr10Ni15Mox(x=0、2、4和6)的相结构及电化学性能。结果表明,所有合金均由BCC结构的V基固溶体主相和C14型Laves相组成。电化学测试结果表明,合金的放电容量随着Mo含量的增加先增大后减小。在x=2时,合金具有最大的放电容量408.3mAh/g,20次循环后容量保持率为83.2%。合金的高倍率放电性能随着Mo含量和电流密度的增加而降低,x=2时,合金的倍率放电性能最好。     

Ti对Zr1-xTixMn0.4Cr0.4Ni1.2结构和电化学性能的影响

采用真空电弧炉（在氩气保护下）制备Zr1-xTixMn0.4Cr0.4Ni1.2贮氢合金，通过XRD、SEM和恒流充放电研究了合金的相结构、形貌和电化学性能。结果表明：Ti为C14型Laves相的稳定性元素，随着Ti含量的增加，C14型Laves相增多，C15型Laves相减少。当x=0．1时，合金综合性能最好，表现出良好的活化性能、循环稳定性能和高倍率放电特性，在放电电流300mA／g的条件下，充放电循环50次，合金保持稳定的放电容量。当X〉0．1时，合金放电容量下降。Ti的加入使合金氢化物稳定性降低，加入少量Ti，有利于合金的放电容量的提高和高倍率放电性能的提高。     

Zr-Ti-Cr-Mn-V-Ni合金相结构和电化学性能

研究了非计量比合金Zr(Cr0.2Mn01V0.05Ni0.65)x(x=1.8～2.4)的相结构和电化学性质.结果发现,欠计量比时,随x变小,合金中C14型Laves相增多,第二相Zr7Ni10减少至消失,并出现了新相Zr9Ni11.而过计量比时,随x增加,合金中C14型Laves相和Zr7Ni10相都相应减少至消失,合金Zr(Cr0.2Mn0.1V005Ni0.65)24由C15型Laves单相组成.过计量比合金具有较好的活化性能,但非计量比合金的放电容量普遍低于计量比合金,而且非计量比对合金高倍率放电性能的提高影响不大.     

Cu粉和Ni粉添加剂对V20Ti30Cr50贮氢合金电化学性能的影响

采取手工混合和混合加烧结的方法,研究了Cu粉和Ni粉添加剂对V20Ti30Cr50贮氢合金电化学性能的影响.结果表明:烧结前,添加铜粉的V20Ti30Cr50合金的电极具有较高的放电容量,其最大放电容量为342.7mAh/g,但放电平台电压较低,仅为-0.4V(相对于Hg/HgO电极),而添加镍粉的合金电极的最大放电容量仅为73.4mAh/g,没有明显的放电平台;烧结后,添加铜粉的电极由于表面Cu4Ti3化合物的生成,电极的放电容量降低到30mAh/g,放电平台电压仍仅为-0.4V,而烧结的添加镍粉的电极合金与镍粉表面结合紧密,同时有TiNi第二相的生成,增加了合金电极表面的电催化活性,合金的放电平台电压提高到-0.8V,并且最大放电容量显著增加到209mAh/g.     

V_(1.95)Ti_(0.5)Cr_(0.5)NiO_(0.05)Al_xFe_y(x,y=0～0.05)贮氢合金的组织结构和电化学性能

为了获得有较高电化学放电容量和良好循环稳定性的V基固溶体贮氢电极合金,采用感应熔炼方法制备了一系列含Al和Fe的V基贮氢电极合金V1.95Ti0.5Cr0.5NiO0.05AlxFey(x,y=0~0.05),通过X射线衍射、金相显微镜和电化学测试等手段研究了添加不同含量的Al和Fe对合金显微组织和电化学性能的影响。结果表明,所有合金均由BCC结构的V基固溶体主相和TiNi基第二相组成。电化学测试表明,增加Al含量后,合金的最大放电容量由345.2mAh/g(x=0)增加到430.7mAh/g(x=0.05),同时合金的高倍率放电性能、交换电流密度和氢的扩散系数得到改善。而随着Fe含量的增加,合金的循环稳定性能得到了一定的提高,但是最大放电容量有所降低。     

A2B7型La0.3Y0.7Ni3.4–xMnxAl0.1储氢合金微观结构和电化学性能研究

采用真空电弧熔炼和均匀化退火制备La0.3Y0.7Ni3.4-xMnxAl0.1(x=0~0.5)储氢合金,采用不同方法系统研究了Mn元素对合金微观结构、储氢和电化学性能的影响规律和作用。结果表明,退火合金微观组织与Mn含量关系密切,提高Mn含量有利于合金组织形成Ce2Ni7型相,当x≥0.3时,合金形成Ce2Ni7型结构单相组织。随Mn含量增加, Ce2Ni7型主相晶胞参数a、c及晶胞体积V均依次增大,导致合金吸氢平台压从0.079 MPa降至0.017 MPa,储氢量达到1.268wt%~1.367wt%。添加Mn元素能显著改善合金的电化学性能,x=0.1的合金电极的放电容量最高(390.4 mAh·g^-1);x=0.15和0.5的合金电极的容量保持率S100分别为86.1%和88.5%,具有较好的循环稳定性。上述合金电极的高倍率放电性能HRD900为71.53%~87.73%。分析结果表明,合金电极反应动力学过程由电极/溶液界面的电子转移与体相中的氢原子扩散共同控制。     

La0.7Mg0.3Ni2.65Co0.75-xMn0.1Six储氢电极合金的结构和电化学性能

系统研究了Si部分替代Co对La0.7Mg0.3Ni2.65Co0.75Mn0.1储氢电极合金结构和电化学性能的影响。XRD结果显示,随着Si替代量的增加,合金中(La,Mg)Ni3相的丰度逐渐降低,而LaNi5相的丰度逐渐增加,且含Si合金中出现了La2Ni7相。电化学测试表明,Si部分替代Co降低了合金的放电容量,但显著提高了其循环稳定性,改善了其高倍率放电性能。其中Si替代量x=0.15时合金的综合性能较好,合金最大放电容量323mAh/g,75次循环后的容量保持率约为71.9%,1250mA/g电流放电时的HRD可达55%。     

镁元素对A5B19型La0.8-xGd0.2MgxNi3.3Co0.3Al0.1（x=0～0.4）储氢合金微观结构和电化学性能的影响

用高频感应熔炼法制备了稀土系La0.8-xGd0.2MgxNi3.3Co0.3Al0.1(x=0～0.4)储氢合金,并在氩气和1273K下对铸态合金进行退火处理,系统研究了用Mg部分替代La元素对合金微观组织和电化学性能的影响规律。合金相结构分析表明,合金组织主要由Pr5Co19型、PuNi3型、Ce2Ni7型和Ca-Cu5型相组成,随Mg含量增加,主相Pr5Co19型相含量先增加后减少,当x=0.15时达到最大值88.23%(质量分数)。电化学测试分析表明,随Mg含量的变化,合金电极最大放电容量和容量保持率均呈先增加后减小的规律,当x=0.15时,合金电极放电容量达到最大值377.9mAh/g,经100次充放电循环后其电极容量的保持率S100为90.2%,具有较好的电化学综合性能。     

快淬对MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3/5wt% Mg2Ni复合储氢合金电化学性能的影响

为了改善AB5型储氢合金的放电容量和循环稳定性,研究了快淬速度对MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3/5wt%Mg2Ni复合储氢合金结构和电化学性能的影响.电感耦合等离子发射光谱(ICP)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM/EDS)和透射电子显微镜(TEM)分析表明,铸态复合合金由LaNi5相和少量的Mg2Ni相组成,而快淬态复合合金却由(La,Mg)Ni3新相和LaNi5相组成.当快淬速度≥15 m/s时,复合合金中形成明显的纳米晶组织并伴有部分非晶化倾向.电化学性能测试表明,快淬态复合合金的最大放电容量和容量保持率随快淬速度的增大呈现出先增大后减少的变化规律,其中快淬速度为20 m/s时合金电极的最大放电容量达最大值344 mAh/g,经100次充放电循环后该电极的容量保持率为93.9%.     

CNTs添加对MmMn0.4Co0.7Al0.3Ni3.4贮氢合金负极性能的影响

对商用MmMn0.4Co0.7Al0.3Ni3.4贮氢合金中添加多壁碳纳米管(CNTs)、Ni的电化学性能进行了研究.结果表明,CNTs的加入可以提高电极的放电容量和初始活化性能,合金中添加CNTs、CNTs+Ni的电极完全活化只需11个循环,其最大放电容量分别为255、271mAh/g.而添加Ni的电极则需24个循环才达到最大容量(245mAh/g);合金中添加CNTs、CNTs+Ni的电极具有更高的放电平台和更好的高倍率放电性能(HRD),在1000 mAh/g放电电流下,添加CNTs、CNTs+Ni、Ni以及未添加电极的HRD值依次为80.5%、83.9%、66.9%和62.4%,线性极化和电化学阻抗测试表明,CNTs的加入可有效减少欧姆电阻、提高电极表面的电荷迁移速率,更有利于在大电流下进行放电.     

Ni添加对 Ti0.39V0.29Mn0.12Cr0.2合金电化学性能的影响

通过X射线衍射谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、气态吸放氢行为(PCT曲线)、电化学充放电性能、电化学阻抗谱(EIS)以及线性极化曲线，研究了Ni添加对Ti0.39V0．29Mno．12Cr0．2储氢合金电化学性能的影响。结果表明：Ti0.39V0．29Mno．12Cr0．2的电化学活性很差，在碱液中几乎不能放电，添加Ni之后得到明显改善。随着Ni含量的增加，Ti0.39V0．29Mno．12Cr0．2(x=0～0．2)合金电极的放电容量先增大后减小，在x=0．1时达到最大值273mAh／g。     

合金化与Ti基储氢合金容量及活化性能关联

针对Ti-Zr基多元多相储氢电极合金,实验研究了Ni、Cr、V替代Mn对Ti基AB2型储氢合金容量和活化性能的影响.研究表明:在合金中增加Ni含量能够提高放电容量,但Ti-Ni相的过剩会降低合金容量;Ni的高活性和导电性加速氢扩散和电荷转移,改善合金活化性能;随Cr含量增加,合金容量先增后减,而活化性能先恶化后改善;V取代Mn提高合金容量,但当V超过一定计量后,将导致合金容量降低;V的高导电性改善合金电极的活化性能.     

锂离子电池富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.16Mn0.56Co0.06Al0.02]O2的合成和电化学性能

用溶胶-凝胶法首次合成了富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.16Mn0.56Co0.06Al0.02]O2,它可以看成是Li[Li1/3Mn2/3]O2和LiNi0.4Mn0.4Co0.15Al0.05O2形成的固溶体。XRD测试表明该材料具有ɑ-NaFeO2层状结构,用SEM观察材料粒径为100nm左右。充放电测试得到,材料在2～4.8V范围内,0.1C的电流下,20℃时,首次放电比容量达221.8mAh/g,库伦效率为85.3%;55℃时,首次放电比容量达281.7mAh/g,库伦效率为93.0%;且该材料具有很好的循环稳定性及优良的倍率性能。通过循环伏安测试分析了该材料的充放电机理。     

球磨Zr7Ni10合金提高Zr基电极合金的电化学性能

为了提高合金的放电容量和高倍率放电性能，通过球磨Zr7Ni10合金对Zr0．5Ti0．5Mn0．7V0．2Co0．1Ni1．2合金表面进行改性，并研究了不同Zr，Ni10量和球磨时间对合金的相结构和电化学性能的影响。当采用8％（质量分数）Zr，Ni10进行球磨1h后，合金仍保持晶态，在50mAh／g电流条件下经过9次循环达到最大放电容量266mAh／g，比未球磨合金提高了约20％，而且在300mA／g电流条件下仍能保持最大放电容量的85%。随着球磨时间的增加，合金逐渐转为非晶态，合金的放电容量也迅速降低。非晶化合金在800℃进行热处理后大部分重新晶化，经过22次循环达到最大放电容量200mAh／g。     

稀土系A_2B_7型La_(1-x)Sc_xNi_(2.6)Co_(0.3)Mn_(0.5)Al_(0.1)(x=0～0.5)储氢合金相结构和电化学性能研究

真空电弧熔炼制备了A2B7型La1-xScxNi2.6Co0.3Mn0.5Al0.1(x=0~0.5)储氢合金并进行退火热处理。XRD及SEM/EDS分析结果表明,合金退火组织由La2Ni7、La Ni5、La Ni和Sc Ni2等相组成。合金生成焓计算表明,Sc-Ni体系的生成焓比La-Ni和Mg-Ni体系的生成焓更负,这是含Sc合金易于形成Sc Ni2相以及成相规律有别于含Mg合金的主要原因之一。合金电极最大放电容量和循环寿命S100随着Sc含量x增加均呈先增大后减小规律,当x=0.2时,合金电极具有最大的放电容量(267.1 m Ah/g)和较好的容量保持率S100(80.47%)。掺入适量Sc元素后可抑制A2B7型合金的氢致非晶化,但掺入Sc后合金易形成难吸氢的Sc Ni2相,这是合金电极容量不高的主要原因。