【摘 要】
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AB5型储氢合金由于其优越的综合性能被广泛应用于镍氢电池负极材料。随着经济的快速发展,镍氢电池市场对商用AB5型合金成本高和循环寿命及低温性能提出了更高要求。本文以商用合金La0.585Ce0.19Zr0.025Sm0.2Ni4.337Co0.163Mn0.253Al0.350为基础,通过改变合金化学计量比及退火工艺条件优化了合金的电化学性能。首先,本文通过感应熔炼法制备了一批含Sm低Co类过化学
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AB5型储氢合金由于其优越的综合性能被广泛应用于镍氢电池负极材料。随着经济的快速发展,镍氢电池市场对商用AB5型合金成本高和循环寿命及低温性能提出了更高要求。本文以商用合金La0.585Ce0.19Zr0.025Sm0.2Ni4.337Co0.163Mn0.253Al0.350为基础,通过改变合金化学计量比及退火工艺条件优化了合金的电化学性能。首先,本文通过感应熔炼法制备了一批含Sm低Co类过化学计量比合金La0.582Ce0.191Zr0.025Sm0.202(Ni0.849Co0.032Mn0.05Al0.069)5+x（x=0.00、0.10、0.20、0.35和0.47）。XRD测试结果表明,这些合金含有Ca Cu5型La Ni5相和少量的Bi F3型Ni2Mn Al相。对La0.582Ce0.191Zr0.025Sm0.202(Ni0.849Co0.032Mn0.05Al0.069)5+x（x=0.00、0.10、0.20、0.35和0.47）系列合金进行了XRD精修、热力学和电化学性能测试。随着x（x=0.00～0.35）增大,AB5+x合金中La Ni5晶胞体积V减小、合金电极电荷接受能力减弱,从而降低了合金电极的最大放电容量Cmax和峰值功率密度Ppeak。同时,随x增大,AB5+x合金氢化物稳定性逐渐减弱,自放电性能也变差。此外,AB5+x合金中由于x增大也导致了La Ni5晶胞各向异性因子c/a的增大和其电极极化程度的减弱,促进了合金电极循环稳定性S100的改善,而由电荷转移和氢扩散两个动力学过程共同控制的高倍率性能HRD则随x值的变化呈先减小后增大的趋势。电化学测试则表明,AB5.20合金在常温下（25°C）具有优异综合性能,而在-20°C和-40°C时电极极化最严重,放电平台电位最低,放电容量也最小。为了满足商用合金宽温区的性能要求,以常温下（25°C）具有优异综合性能的AB5.20合金为研究对象,通过调控退火温度（900°C、1000°C和1100°C）,优化其低温（-20°C和-40°C）下电化学性能。XRD测试结果表明,铸态和热处理态AB5.20合金由La Ni5主相和Ni2Mn Al第二相组成,且Ni2Mn Al相含量随退火温度升高逐渐减少,当退火温度提高至1100°C时Ni2Mn Al相消失。电化学性能测试表明,单相结构的合金活化性能较差,合金中两相的协同作用可优化其活化性能。尽管随着退火温度的提高,合金的放电容量、自放电、峰值功率密度和高倍率等性能都面临衰退,但其循环寿命得到提升。在铸态合金和所有热处理合金中,900°C下退火合金具有最佳的常温和低温放电及高倍率性能。
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