球磨及催化剂对Mg2-xNdxNi(x=0.1-0.4)贮氢合金电化学性能的影响

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镁基贮氢合金因其较大的贮氢含量、资源丰富等优点,被认为是最有研究价值的贮氢材料之一。但电化学循环寿命及吸放氢动力学性能差等缺点成为限制其实际应用的主要问题。为了改善Mg2Ni型合金的贮氢性能,本文采用稀土Nd对Mg元素进行部分替代,利用真空感应炉制备出了Mg2-xNdxNi(x=0.1,0.2,0.3,0.4)铸态合金,研究了球磨时间及球磨添加催化剂Fe对该合金贮氢性能的影响。通过XRD测试、电化学与动力学性能测试结果分析,得出以下结论:通过对Mg2-xNdxNi(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)铸态合金的研究,发现Nd元素部分替代Mg后,合金由单相Mg2Ni组成转变为Mg2Ni相、NdNi相及NdMgNi4相共存的多相组成。当x=0.3时合金最大放电比容量与容量保持率分别为128.8mAh/g和56.67%,展现了良好的电化学与动力学性能。表明适量Nd替代显著提高了合金最大放电容量,有效改善了Mg2Ni贮氢合金循环稳定性和动力学性能。不同球磨时间下Mg2-xNdxNi(x=0.1-0.4)合金的研究表明,球磨并没有显著改变合金的相组成,但使合金逐渐向非晶化转变。当球磨时间为0h、24h、48h与72h时,Mg2-xNdxNi (x=0.1)合金对应不同球磨时间下的最大放电比容量分别为58.6mAh/g、170.1mAh/g、118.6mAh/g、131.1mAh/g,表明球磨显著增大了该合金的最大放电容量。Mg2-xNdxNi(x=0.4)合金经过球磨后的容量保持率有所提高。当Nd含量x=0.1,0.2时,T=72h的合金动力学性能最佳; x=0.3,0.4时,T=0时合金动力学性能最佳。不同球磨时间添加催化剂Fe并没有显著改变合金的相结构,但提高了合金的非晶化进程。24h下添加催化剂Fe有利于提高Mg2-xNdxNi(x=0.1,0.2)合金的最大放电比容量,72h球磨加Fe则改善了合金的容量保持率。对于Mg2-xNdxNi(x=0.3,0.4)合金,不同球磨时间添加催化剂Fe均增大了合金的容量保持率。对于不同Nd含量的合金,适当球磨时间添加Fe对合金的动力学性能也起到了积极的作用。
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