非化学计量比对贮氢合金Mm(NiCoMnAl)5Bx电化学性能的影响

研究了稀土系非化学计量比贮氢合金Mm(NiCoMrLAl5)5Bx(x=0，0．1，0．2，0．3，0．4)微观结构及电化学性能，分析了非化学计量比x对贮氢合金电化学性能的影响．研究结果表明，铸态非化学计量比合金Mn(NiCoMnAl)5Bx具有双相组织，主相为CaCu5结构相，还有少量CeCO4B第二相，第二相的相丰度随x的增加而增大．经22m/s淬速快淬处理后，合金中的第二相消失．随非化学计量比x的增加，合金的电化学容量下降，但活化性能、倍率放电能力循环寿命明显提高，放电电压特性得到一定改善．     

LaxMm1-x(NiCoMnCuAl)5.1贮氢合金的电化学性能

在低钴AB5型贮氢合金LaxMm1-x(NiCoMnCuAl)5．1(x=0．25，0．38，0．56，0．74)中，加入纯La调整富Ce混合稀土中的La含量，测试了合金的电化学性能，研究了La含量的变化对LaxMm1-x(NiCoMnCuAl)5．1合金晶格参数、热力学参数及电化学性能的影响。结果表明，合金的晶格常数、晶胞体积及标准生成焓的绝对值随La含量的增加而增大，La含量的增加对提高铸态及快淬态合金的容量有利，但使得电化学循环稳定性及放电平台压下降，La含量的变化对合金的活化性能基本没有影响，铸态和快淬态合金通过1～2次循环均可完全活化。     

A2B7型La0.75Mg0.25Ni3.5-xCrx(x=0～0.3)贮氢合金相结构及电化学性能研究

采用感应熔炼方法制备了La0.75Mg0.25Ni3.5-xCrx(x=0,0.05,0.1,0.2,0.3)四元贮氢合金,系统地研究了合金B端Cr元素对Ni部分替代对合金相结构及电化学性能的影响.X衍射(XRD)分析表明,La0.75Mg0.25Ni3.5合金是由La2Ni7相组成.随着Cr元素的加入,该类合金中出现LaNi5相及LaNi3相,且随着Cr含量的增加而增多.电化学测试表明,随Cr含量的增加,合金电极活化次数变化不大,最大放电容量逐步降低,合金的最大放电容量由x=0.05时的383.43 mAh/g下降到x=0.3时的348.40 mAh/g;而合金的高倍率放电性能呈现先增后减的趋势,当电流密度为900 mA/g时,合金的高倍率放电性能由83.66%(x=0)增加到92.57%(x=0.05)然后减小到83.9%(x=0.3);循环稳定性先增加后下降,当x=0.1时合金电极的循环寿命达到最大(S100=74.71%).     

LaNi_(3.15-x)Mn_xCo_(0.25)Al_(0.1)储氢合金结构及电化学性能

为了研究Mn替代Ni对AB3.5型储氢合金结构及电化学性能的影响,采用电弧炉熔炼制备LaNi3.15-xMnxCo0.25Al0.1合金。采用XRD、SEM等材料分析方法以及恒电流充放电等电化学测试技术,研究LaNi3.15-xMnxCo0.25Al0.1(0≤x≤0.3)合金的结构和电化学储氢性能。结果表明:LaNi3.15-xMnxCo0.25Al0.1(0≤x≤0.3)合金由多相组合形成,合金的主相为LaNi5和La2Ni7;随着Mn替代Ni含量的增加,LaNi5相中a轴和c轴以及晶胞体积增加;合金电极的最大放电容量有所升高,由x=0的238mA·h/g逐渐增加到x=0.3的277.1mA·h/g;高倍率性能随着Mn含量的增加先升高后降低,在x=0.2时合金的高倍率性能最佳。     

合金凝固组织对氢扩散和MH电极性能的影响

用电位阶跃法和恒电流充放电法研究了贮氢合金凝固组织中的氢扩散行为和合金氢化物（ＭＨ）电极放电的速度特性。研究表明：合金ＭＬＮｉ３．４５（ＣｏＭｎＴｉ）１．５５的各凝固组织中氢扩散系数及合金的电极性能均明显不同，随合金凝固时冷却速度增大，氢扩散系数和晶胞体积减小；合金电极的高倍率放电率主要取决于氢在合金中的扩散速度和电极表面的电催化活性。定向凝固组织具有良好的放电速度特性与其凝固组织中存在Ｎｉ的析出     

快凝合金La(NiMn)5.6的贮氢性能

借助X-ray及吸放氢性能测试装置研究了非化学计量比快凝合金La(NiMn)5.6的结构和贮氢性能以及A端、B端元素替代对合金的影响,测试了不同温度下合金的PCT曲线.结果表明,快速凝固(35 m/s)条件下合金La(NiMn)5.6均可获得过饱和CaCu5型单相组织.A端以Ce取代La,使平台压力增大,最大吸氢量减小,但滞后降低;B端以Sn取代Ni,改善了合金的活化特性,并使平台降低,吸放氢滞后减小.     

La1-xCexNi3.54Co0.78Mn0.35Al0.32贮氢合金相结构和电化学性能的研究

采用真空电弧熔炼和热处理方法制备了La1-xCexNi3.54Co0.78Mn0.35Al0.32(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6)贮氢合金.X射线衍射(XRD)分析表明,合金含有单一CaCu5型六方结构相.电化学性能测试表明,随着x的增加,合金的最大放电容量从348.1mAh/g(x=0.1)单调地减小到310.1 mAh/g(x=0.6);HRD1200先从28.6%(x=0.1)增加到65.4%(x=0.5)然后降低到60.1%(x=0.6),归因于合金表面的电催化活性和合金体内氢原子扩散速率均随x的增大先增大后减小.     

LaNi4.1-xCo0.6Mn0.3Alx储氢合金结构及电化学储氢性能研究

为改善LaNi4.1 Co0.6 Mn0.3储氢合金的性能,研究了系列LaNi4.1-xCo0.6Mn0.3Alx(x=0,0.15,0.3,0.45)合金的结构和电化学储氢性能.结果表明:制备的合金为典型CaCu5型AB5储氢合金,随着A1替代量增加,LaNi5相的晶胞参数a、c、c/a值和晶胞体积逐渐增大,相应合金的放电容量有所降低,但合金电极的循环稳定性和不可逆自放电和高温容量得到明显改善.60个循环后的容量保持率(S60)分别为58.79％ (x=0)、79.72％(x=0.3)、79.35％(x=0.45);合金电极不可逆容量损失率(贮存96 h)由14.41％(x=0)降到2.38％ (x=0.45).在323 K的放电容量由266.04mA·h/g(x=0)增加到302.4mA·h/g(x=0.15)、302.12mA·h/g(x=0.3)和299.88 mA·h/g(x=0.45).但Al替代Ni后,合金电极的交换电流密度I0和氢原子在合金内部的氢扩散系数DH降低,导致其高倍率放电性能变差.     

退火处理对La-Mg-Ni-Co合金电化学性能的影响

为了改善La-Mg-Ni-Co系贮氢电极合金的综合电化学性能，研究了退火处理对La0.7Mg0.3(Ni0.85Co0.15)3.4相结构和电化学性能的影响.在1 073 ～1 223 K下退火9 h制得样品，并进行了XRD分析以及恒电流充放电、线性极化和恒电位阶跃3种电化学测试.结果表明，铸态和退火态合金均由具有PuNi3结构的主相及少量杂相组成.退火态合金相的成分和结构均匀性得到明显改善，并具有较低的吸氢体积膨胀率.退火处理使合金的最大放电容量有所提高，循环稳定性得到明显改善.退火态合金放电容量的提高与合金中主相丰度的增大密切相关.合金循环稳定性的改善主要归结于退火态合金具有较低的吸氢体积膨胀率和较好的合金成分均匀性.     

La2Mg(Ni1-xAlx)9(x=0.1,0.2)合金的相组成及储氢性能研究

研究了Al替代对AB₃型La₂Mg(Ni_1-xAl_x)₉(x=0.1,0.2)合金相组成、储氢性能和失效行为的影响.表明Al在常温下促进La(Ni, Al)₅相含量的提高和LaMg₂Ni相的形成,并导致合金放氢困难和电化学放电容量的降低.由于La₂MgNi₂和LaMg₂Ni相含量的增加,合金耐KOH的腐蚀性降低.腐蚀产物主要为La(OH)₃,La₂O₃和Mg(OH)₂.通过Al替代改善合金电化学放电和循环稳定性的关键在于优化其中的相组成类型.     

La1-x Cex Ni3．54 CO0．78 Mn0．35 A10．32贮氢合金相结构和电化学性能的研究

采用真空电弧熔炼和热处理方法制备了La1-x Cex Ni3．54 CO0．78 Mn0．35 A10．32（x=0．1,0．2,0．3,0．4,0．5,0．6）贮氢合金．x射线衍射（XRD）分析表明,合金含有单-CaCu5型六方结构相．电化学性能测试表明,随着x的增加,合金的最大放电容量从348．1mAh／g（x=0．1）单调地减小到310．1mAh／g（x=0．6）;HRD1200先从28．6％（x=0．1）增加到65．4％（x=0．5）然后降低到60．1％（x=0．6）,归因于合金表面的电催化活性和合金体内氢原子扩散速率均随z的增大先增大后减小．     

熔炼掺杂对AB5型贮氢合金的结构和性能影响

为了探索一种新的掺杂方式对AB5型贮氢合金性能的影响,采用熔炼掺杂方法,研究了掺杂适量TiMn1.5合金（掺杂量为4％、8％的TiMn1.5）对成分为‰．La0.7Ni2.65Co0.75Mn0.1的AB5型贮氢合金的结构及性能影响。XRD测试结果证实：掺杂后合金的主相仍为LaNi5相,生成了少量（NiCo）2Ti相。（NiCo）3Ti相的出现对贮氢合金的气态和电化学贮氢性能都有不同程度的降低。合金电极的动力学测试结果表明（线性扫描法和交流阻抗法）：在0．5～2．5C的放电电流密度,掺杂前后的合金电极的反应速率均由电极表面电荷转移速率决定,掺杂4％TiMn1.5的合金样品电极的高倍率放电性能有一定的改善。在3C放电电流密度以上,电极反应速率均由氢扩散速率来控制,随着TiMn1.5的掺杂的增加,其合金电极的高倍率性能降低。     

铸态及快淬态La2Mg(Ni0.85Co0.15)9Crx(x=0～0.4)贮氢合金的电化学性能

为了提高La-Mg-Ni系(PuNi3型)贮氢合金的电化学循环稳定性,在La2Mg(Ni0.85Co0.15)9合金中加入微量Cr,用铸造及快淬工艺制备了La2Mg(Ni0.85Co0.15)9Crx(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)贮氢合金.研究了Cr含量对铸态及快淬态合金微观结构及电化学性能的影响.XRD,SEM及TEM的分析结果表明,铸态及快淬态合金具有多相结构,包括(La,Mg)Ni3相(PuNi3型结构)、LaNi5相和一定量的LaNi2相.随Cr含量的增加,铸态合金中LaNi2相的量增加.电化学测试结果表明,Cr的加入提高了铸态及快淬态合金的循环稳定性,但使合金的容量下降.当Cr添加量从0增加到0.4时,铸态合金的容量从396.3 mAh/g下降到355.6 mAh/g,循环寿命从72次增加到97次;快淬态(30 m/s)合金的容量从364.2 mAh/g下降到334.2 mAh/g,循环寿命从100次增加到131次.Cr添加使铸态合金的放电电压特性和活化性能得到改善.     

不同放电深度下LaNi3.8Co0.6Mn0.3Al0.3合金的电化学行为研究

为了分析储氢合金放电过程中的电化学反应与动力学变化规律,采用电化学交流阻抗分析方法研究 La-Ni3.8Co0.6Mn0.3Al0.3合金电极在不同放电深度下的电化学行为.结果表明:随着放电深度的增加,电极表面活性氢覆盖面积S 及内部金属颗粒间接触电阻Rpp逐渐降低,即电极的导电性增加;此外,交换电流密度Io也随放电深度增加而增大,意味着电极表面反应速率加快,同时氢扩散系数 DH 明显降低;合金电极动力学在放电前期主要由电极表面反应速率控制,后期由电极中氢原子在合金颗粒内部的氢扩散系数控制.     

Cu对高淬速AB5型贮氢合金电化学性能的影响

用Cu替代Mn(NiMnAl)4.9C00.4合金中50％的Co元素，对两种合金分别进行快淬处理，测试了它们的活化性能，放电容量，放电电压性能和高倍率放电能力，试验结果表明，Cu替代Co元素不影响合金的活化次数，且使放电容量，低倍率放电电压平台得到明显改善，但高倍率放电电压特性格略有降低，合金的高倍率放电能力下降。     

快淬对贮氢合金组织和电化学性能的影响

通过XRD、TEM、DTA分析和电化学实验，研究了快淬对贮氢合金组织和电化学性能的影响，研究表明，成分均匀性改善和单胞体积减小是影响快淬氢合金电化学性能的主要因素，其中，前者使充放电循环稳定性提高，后者使放电容量降低，在本研究中，快淬速度为10m/s时，合金成分的均匀性已较铸态有明显改善，更高的快淬速度并不能使成分的均匀性进一步大幅度提高，反而使单胞体积减小，因此，快淬速度为10m/s时，快淬合金的综合电化学性能最佳。     

Co部分替代Ni对La_(0.4)Er_(0.4)Mg_(0.2)Ni_(3.3-x)Co_xAl_(0.2)(0.1≤x≤0.4)储氢合金结构和电化学性能的影响

为了改善储氢合金La0.4Er0.4Mg0.2Ni3.3-xCoxAl0.2(0.1≤x≤0.4)的结构和综合电化学性能,采用Co部分替代Ni的方法,实验采用高频感应炉制备La0.4Er0.4Mg0.2Ni3.3-xCoxAl0.2(0.1≤x≤0.4)储氢合金。通过X射线衍射技术和电化学测量方法研究储氢合金的晶体结构和电化学性能。XRD图谱显示样品储氢合金主要由LaNi5和La2Ni7相组成,电化学实验表明,随着Co含量的增高,储氢合金电极的最大放电容量和50次循环后的容量保持率S50基本呈现增加状态,放电容量从x=0.1时的225mA·h/g升高到x=0.4时的254.9mA·h/g,容量保持率S50从57.11%(x=0.1)增加到66.10%(x=0.4),但高倍率性能不断下降。通过交流阻抗(EIS)和线性扫描(LS)对Co替代Ni的合金动力学性能分析发现,Co替代Ni后合金的表面电荷转移能力先降低后升高。     

不同烧结工艺对贮氢合金LaMgNiCo的性能影响

借助XRD和SEM及EPMA研究La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5贮氢合金的烧结工艺对该合金的微观组织结构及电化学性能的影响。结果表明,在不同烧结条件下合金均由不含Mg的LaNi5相、富Mg的LaNi3相及一个贫Mg的LaNix（x=3.0-3.8）相三相组成。当烧结温度不超过1203k时合金主相为LaN i3相,当烧结温度超过1 203K,LaN i5相逐步成为主相。电化学性能分析结果表明,烧结温度不超过1203K,合金放电能力主要受合金组织形成与均匀性影响;而烧结温度超过1 203K,Mg元素挥发损失成为影响合金放电能力的决定因素。烧结条件为873k～1123k保持24 h、1203k保持2h,是制备La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5贮氢合金的适宜工艺。     

La0.75Mg0.25Ni3.1-xCo0.3Al0.1Six（x=0.000.20）贮氢合金电化学性能研究

采用中频感应炉熔炼制备铸态La0.75Mg0.25Ni3.1-x Co0.3Al0.1Si x(x=0.00~0.2)合金,通过调控Si的成分,研究Si元素替代Ni对合金电化学性能的影响.研究表明,随着Si替代量增加,合金活化性能基本不变,最大电化学放电容量随Si含量的增加呈线性下降的关系,电化学放电平台压力逐渐降低,电化学循环稳定性得到有效提高.     

不同温度氢在Ml（NiCoMn）5中的扩散行为

利用循环伏安法测定不同温度氢在Ml(NiCoMn)5贮氢合金中的扩散系数的结果表明:在不同的温度下,氧化峰峰值电流Ip与扫描速度的平方根c1/2之间均存在良好的线性关系,即整个反应受氢原子扩散控制.-35℃、0℃、30℃、50℃氢扩散系数分别为0.776×10-8 cm2/s、1.479×10-8cm2/s、2.437×10-8cm2/s、3.156×10-8cm2/s.由此可见,随着温度的降低氢扩散系数急剧下降,这也是该贮氢合金低温高倍率放电性能差的原因之一.