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La_(15-x)Nd_xFe_(14)Ni_(64)Mn_5B_2(x=0-6)贮氢合金的结构和电化学性能研究

作　者: 张秀飞
导　师: 赵增祺；闫慧忠
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 材料学
关键词: La-Fe-B系贮氢合金 相结构 电化学性能 镍氢电池 稀土功能材料
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


新型La-Fe-B系贮氢合金是一种“绿色”环保的稀土功能材料,具有较好的贮氢特性和较低的成本,综合电化学性能与传统LaNi5型合金相当,可以不用价值较高的Co,同时含有价值低廉的Fe元素,成本比商品LaNi5型贮氢合金低10-40%,可以开发出满足电池不同需求的各种贮氢电极材料。La-Fe-B系贮氢电极材料有着广阔的市场前景和显著的经济社会效益预期,具有重大的开发价值。元素替代法是改善贮氢合金性能的主要途径之一。本文研究了Nd部分替代La15Fe14Ni64Mn5B2合金中的La对材料结构和性能的影响。采用中频感应熔炼-快淬法制备了La15-xNdxFe14Ni64Mn5B2（x=0、2、4、6）贮氢合金,在一定的温度和压力下退火处理。X射线衍射（XRD）分析表明,合金由LaNi5相、（Fe,Ni）相和La3Ni13B2相组成。Nd替代La没有改变相组成,但衍射峰略向高角度方向位移。扫描电镜（SEM）及能谱（EDS）分析结果与XRD分析的相组成结果一致。适量的Nd替代La能够改善P-C-T的平台性能。电化学测试表明,La15-xNdxFe14Ni64Mn5B2 （x=0、2、4、6）贮氢合金的放电容量、高倍率放电能力（HRD）随x值的增大先增加后减小,x=2合金电极的放电容量最大(302 mAh·g-1),HRD也最大（65.6%）。Nd替代La对合金的循环性能有所改善。退火热处理改善了La15-xNdxFe14Ni64Mn5B2（x=0、2、4、6）贮氢合金电极的活化性能,提高了放电容量和高倍率放电性能,但电极循环稳定性下降。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
1. 引言  9-13
  1.1 氢能源的优势与利用  9-10
  1.2 金属贮氢原理  10-11
  1.3 贮氢合金的应用  11-13
2. 贮氢合金的研究现状  13-23
  2.1 贮氢合金的研究概况  13-17
    2.1.1 AB_5 型稀土系贮氢合金  13-14
    2.1.2 AB_2 型（Laves 相）贮氢合金  14
    2.1.3 A_2B 型镁基贮氢合金  14-15
    2.1.4 V 基固溶体型合金  15-16
    2.1.5 AB_3 型贮氢合金  16
    2.1.6 非化学计量比贮氢合金  16-17
  2.2 贮氢合金的技术难点  17
  2.3 贮氢合金的制备及热处理技术  17-18
  2.4 贮氢合金在电池中的应用  18-22
    2.4.1 MH-Ni 电池工作原理  18-21
    2.4.2 MH-Ni 负机反应机理  21-22
  2.5 本文的研究思路及研究内容  22-23
3. 试验及测试方法  23-28
  3.1 合金及电极的制备  23
    3.1.1 La_(15-x)Nd_xFe_(14)Ni_(64)Mn_5B_2 (x=0～6)合金的制备  23
    3.1.2 合金的热处理  23
    3.1.3 电极片的制备  23
  3.2 相组成和结构分析  23-24
    3.2.1 XRD 分析  23
    3.2.2 扫描电镜分析(SEM)和能谱分析(EDS)  23-24
  3.3 电化学性能测试  24-28
    3.3.1 电化学性能测试  24-26
    3.3.2 电化学方法测试PCT 曲线  26-28
4. Nd替代La对贮氢合金La_(15)Fe_(14)Ni_(64)Mn_5B_2 相结构和电化学性能的影响  28-40
  4.1 相结构  28-31
    4.1.1 SEM 和 EDS 分析相组成  28-29
    4.1.2 XRD 分析  29-31
  4.2 电化学性能  31-39
    4.2.1 活化性能  31-32
    4.2.2 最高放电容量  32-33
    4.2.3 电极放电特性  33-34
    4.2.4 电化学P-C-T 曲线  34
    4.2.5 循环充放电性能  34-35
    4.2.6 高倍率放电性能  35-36
    4.2.7 高温放电性能  36-37
    4.2.8 低温放电性能  37-38
    4.2.9 自放电性能  38-39
  4.3 本章小结  39-40
5. 退火热处理对贮氢合金La_(15-x)Nd_xFe_(14)Ni_(64)Mn_5B_2 (x=0-6)结构和性能的影响  40-47
  5.1 相结构  40-43
    5.1.1 SEM 和EDS 分析  40-41
    5.1.2 XRD 分析  41-43
  5.2 热处理对贮氢合金电化学性能的影响  43-46
    5.2.1 活化性能的影响  43
    5.2.2 放电容量  43-44
    5.2.3 循环性能  44-45
    5.2.4 高倍率放电性能  45-46
  5.3 本章小结  46-47
结论  47-48
参考文献  48-53
在学研究成果  53-54
致谢  54

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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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