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系统论述了Ni、Cr添加和取代对Ti-V-Mn体系合金结构和电化学性能的影响。在元素添加和取代基础上,研究了复合机械球磨制备得到的Ti0.8Zr0.2V1.1Mn0.6Ni0.4Cr0.3+13 wt.%MmNis复合合金电极的结构和电化学性能。研究了稀土加入对Ti0.7Zr0.2V1.1Mn0.6Ni0.4Cr0.3RE(RE=La,Ce,Pr, Nd,Sm,Gd,Dy, Tb,Ho,Er, Tm,Lu,Y)固溶体合金结构和电化学性能的影响。在工作中采用charge/discharge、XRD、ICP-MS、SEM、EDX、EIS等方法对Ti-V-Mn体系固溶体合金结构和电化学性能进行了表征。主要研究结果是:
(1)TiV1.1Mrr0.9Nix(x=0-0.7)固溶体合金是由具有体心结构(bcc)的V基固溶体相和C14Laves相组成的双相合金。此合金作为镍氢电池负极材料具有良好的初期活化性能,其中TiV1.1Mn0.9Ni0.4合金电化学性能最好,最大放电容量为502mAh/g(303K)。
(2)由于Cr取代部分Mn抑制了合金中吸氢元素V充放电过程中在电解液中溶解,所以随着Cr含量的提高,显著改善了Ti0.8Zr0.2V1.1Mn0.9-xNi0.4Crx(X=0.0-0.4)系列合金电极的循环寿命,合金电极的最大放电容量和高温放电能力随着Cr取代量的增加而降低;
(3)研究了机械球磨制备得到的Ti0.8Zr0.2V1.1Mn0.6Cr0.3Ni0.4固溶体合金和MniNi5合金(13wt.%)复合合金结构和电化学性能,结果表明复合合金具有BCC相、C14Laves第二相以及无定形非晶结构,随球磨时间的延长复合合金电极的最大放电容量降低,但与MmNi5合金复合球磨可以改善放电循环稳定性,随球磨时间从0延长到20min循环稳定性系数S20显著增加,从62%增加到100%;复合合金电极电化学反应交换电流密度和合金本体中氢扩散系数随球磨时间的延长而增大。
(4)稀土Ho,Tm,Lu,Er能够提高Ti-V-Mn体系合金充放电循环寿命,但会使其最大放电容量降低,Ti0.7Zr0.2V1.1 Mn0.6Ni0.4 Cr0.3 Er0.1的最大放电容量为258mAh/g,经15次充放电循环后,容量保持率为100%。
(5)Y掺杂可以显著改善Ti0.8-xZr0.2V1.1Mn0.6Ni0.4Cr0.3Yx(x=0-0.15)系列合金电极的充放电循环稳定性和倍率充放电能力。
(6)初步探讨了Ti-V-Mn体系合金电极性能衰变的机理。