论文部分内容阅读
在氩气保护下用悬浮熔炼法制备了一系列不同组元配比的La-Mg-Ni基合金。通过XRD、PCT测试、充放电循环寿命测试、高倍率放电测试、交流阻抗法、线性极化、Tafel极化法以及恒电位阶跃法等实验方法系统的研究了Ti、Ni、Co、Al、Mn、Pr和Nd等元素对La-Mg-Ni基合金相组成、储氢和电化学性能的影响。合金XRD相分析表明,La-Mg-Ni基合金中存在LaNi5、LaMg2Ni9、La2Ni7、LaNi3和LaNi2.28相。La0.7Mg0.3Ni3.4(Co0.7Al0.3)x (x=0.0-0.6)中的LaNi5和LaNi2.28相,以及La0.55Pr0.05Nd0.15Mg0.25Ni3.5(Co0.5Al0.5)x(x=0.0-0.5中的(La,Pr)(Ni,Co)5、LaMg2Ni9、(La,Nd)2Ni7和LaNi3相的晶胞体积均随Co和Al含量的增加而增大。用原子半径较小的Ti(1.448 A)、Pr(1.828A)和Nd(1.821A)部分替代原子半径较大的A侧元素La(1.877 A),使合金中某些特定相的晶胞体积收缩。例如:随Ti含量的增加,La0.7-xTixMg0.3Ni3.5(x=0.00-0.10)合金中LaNi5和LaMg2Ni9相晶胞体积减小。组元配比不同的合金吸放氢性能略有不同。例如:随x的增加,La0.7Mg0.3Ni3.4(Co0.7Al0.3)x合金储氢量从1.44wt%(x=0.0)减少到1.04wt.%(x=0.6);吸放氢平台压下降,滞后效应减小,释氢率增加;研究表明,随着合金中x含量的增加,La0.7(Pr0.75Nd0.25)xMg0.3Ni3.3(Co0.7Al0.3)0.3合金和La0.55Pr0.05Nd0.15Mg0.25Ni3.5(Co0.5Al0.5)x合金的吸氢量先增加后减小,最大吸氢量分别为1.47wt.%(x=0.3)和1.42wt.%(x=0.2)。通过优化合金中A侧元素或B侧元素的配比,可以提高合金电极放电容量和电化学循环稳定性。例如:随x值的增加La0.7Mg0.3Ni3.5-x(x=0.0,0.1,0.2,0.3,0.4)合金电极的放电容量先增加后减少,最大放电容量可达392mAh·g-1 (x=0.1)。La0.55Pr0.05Nd0.15Mg0.25Ni3.5(Co0.5Al0.5)x(x=0.0,0.1,0.3,0.5)合金电极放电容量保持率S100从46.6%(x=0.0)增加到67.1%(x=0.5);La0.7Pr0.15Nd0.05Mg0.3Ni3.3-xCo0.2Al0.1(Co0.75Mn0.25)x合金电极容量保持率S100从53.2%(x=0.0)增加到63.0%(x=0.6);La0.7Mg0.3Ni3.4(Co0.7Al0.3)x合金的电极放电容量保持率S65从54%(x=0.0)增加到76%(x=0.6)。合金电极高倍率放电性能测试结果表明,添加A侧元素Ti、Pr和Nd使La0.7-xTixMg0.3Ni3.5和La0.7(Pr0.75Nd0.25)xMg0.3Ni3.3(Co0.7Al0.3)0.3合金电极的高倍率放电性能下降。调整B侧元素Ni、Co、Al和Mn的相对含量可提高电极的高倍率放电性能,例如:随x的增加La0.7Mg0.3Ni3.4(Co0.7Al0.3)x、La0.55Pr0.05Nd0.15Mg0.25Ni3.5(Co0.5Al0.5)x、La0.7Mg0.3Ni3.4-x(Al0.3Co0.7)0.2+x和La0.7Pr0.15Nd0.05Mg0.3Ni3.3-xCo0.2Al0.1(Co0.75Mn0.25)x合金电极的高倍率放电性能先增加后降低。研究表明,合金表面形成的富Ni层和Raney Ni-Co薄膜可提高电极的高倍率放电性能。但由于Al在电解液中形成致密的氧化铝薄膜,阻碍氢在合金表面的扩散,使合金电极的高倍率放电性能略有降低。合金电极交流阻抗、线性极化、Tafel极化和循环伏安特性研究结果表明,随合金中Pr、Nd、Co、Al、Mn含量的增加,合金电极交换电流密度I0、阳极峰电流密度Ip极限电流密度IL和氢扩散系数D先增加后减小。