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铈及退火处理对低钴AB_5型贮氢合金电化学动力学性能的影响

作　者: 张文翠
导　师: 韩树民
学　校: 燕山大学
专　业: 应用化学
关键词: 贮氢合金 退火处理 相结构 动力学性能 电化学性能
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


目前已商品化的小型镍氢电池使用的AB5型贮氢合金负极材料还不能满足高倍率放电性能的实用化要求,为了进一步改善AB5型贮氢合金的高倍率放电性能,本文研究了Ce含量和退火处理对低钴AB5贮氢合金的相结构和电化学动力学性能的影响。通过感应熔炼方法和不同温度退火处理制备了低钴La0.90-xCex- Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.40Mn0.40Al0.30 (x = 0.10, 0.20, 0.30, 0.40)和低钴低镁La0.77Ce0.19Mg0.04Ni4.20Mn0.40Co0.30Al0.30贮氢合金。采用ICP测试方法测定合金的实际组成,使用XRD对合金的相结构进行表征,并通过线性极化、电化学阻抗、阳极极化、恒电位阶跃、循环伏安和恒电流充/放电等方法测试了合金电极的动力学性能和电化学性能。合金La0.90-xCexPr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.40Mn0.40Al0.30和低钴低镁合金La0.77Ce0.19Mg0.04Ni4.20Mn0.40Co0.30Al0.30CaCu5由CaCu5型结构LaNi5相组成。在低钴合金La0.90-xCexPr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.40Mn0.40Al0.30 (x = 0.10, 0.20, 0.30, 0.40)中,随着Ce含量增加,氢化物稳定性和最大放电容量降低;高倍率放电性能HRD1440从44.4%（x = 0.10）先增加到59.9% (x = 0.30),然后降低到53.9% （x 0.40）。交换电流密度I0先从201.4 mA/g （x = 0.10）增至277.9 mA/g (x = 0.30)后又降至265.0 mA/g （x 0.40）;合金内部氢扩散速率逐步增加,氢在合金中的扩散系数D从1.38×10-10 cm2/s （x = 0.10）增加到2.23×10-10 cm2/s （x 0.40）。当x = 0.30时,合金具有较好的电化学动力学性能。退火处理可以改善合金La0.77Ce0.19Mg0.04Ni4.20Mn0.40Co0.30Al0.30电极的电化学动力学性能。退火后合金与铸态合金相比放电平台降低且更加平坦。在1440 mA/g放电电流密度为下,铸态合金的高倍率放电性能HRD = 77.5%,退火温度为1223 K的合金高倍率放电性能HRD = 82.1%。随着退火温度的升高,合金电极的表面电荷转移速率降低,合金内部氢扩散速率先上升后下降、合金高倍率放电性能与合金内部氢扩散速率变化趋势一致。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 选题意义和研究目的  10-11
  1.2 金属氢化物/镍（Ni/MH）电池工作原理  11-12
  1.3 负极材料贮氢合金放电动力学  12-13
  1.4 贮氢合金负极材料概述  13-16
    1.4.1 AB_5 型稀土镍系贮氢合金  14
    1.4.2 AB_2 型Laves 相贮氢合金  14-15
    1.4.3 A_2B 型Mg 基贮氢合金  15
    1.4.4 V 基固溶体型合金  15-16
  1.5 提高AB_5 型混合稀土系合金性能的途径和发展概况  16-22
    1.5.1 多元合金化  16-21
    1.5.2 合金热处理技术  21-22
    1.5.3 合金表面改性处理  22
  1.6 本文的研究思路和主要研究内容  22-24
第2章 实验部分  24-31
  2.1 合金的制备  24
    2.1.1 实验设备和材料  24
    2.1.2 实验方法  24
  2.2 合金的化学组成与相结构分析  24-25
  2.3 合金的电化学性能研究  25-31
    2.3.1 实验设备和材料  25
    2.3.2 实验方法  25-31
第3章 Ce 含量对低钴贮氢合金的电化学动力学性能影响  31-48
  3.1 合金的相结构  31-32
  3.2 P-C 曲线  32-33
  3.3 电化学动力学性能  33-47
    3.3.1 活化性能与最大放电容量  33-35
    3.3.2 高倍率放电性能  35-37
    3.3.3 合金的动力学性能  37-44
    3.3.4 循环稳定性  44-46
    3.3.5 自放电性能  46-47
  3.4 本章小结  47-48
第4章 退火处理对低Mg低Co高功率合金的相结构和电化学动力学性能的影响  48-63
  4.1 合金的相结构  48-50
  4.2 合金的 P-C-T 性质  50-51
  4.3 电化学动力学性能  51-61
    4.3.1 活化性能和最大放电容量  51
    4.3.2 高倍率放电性能  51-54
    4.3.3 合金的动力学性能  54-59
    4.3.4 电化学循环稳定性  59-60
    4.3.5 自放电性能  60-61
  4.4 本章小结  61-63
结论  63-64
参考文献  64-71
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  71-72
致谢  72-73
作者简介  73

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 其他特种性质合金 > 储氢合金
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