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《浙江大学》 2002年
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非AB_5型La-Ni系贮氢合金的相结构与电化学性能

顾巍  
【摘要】:本文首先对国内外非AB5型La-Ni系贮氢合金的相结构与贮氢性能的研究进展进行了评述。在此基础上,本文以非AB5型La-Ni系贮氢合金(包括LaNi3、La2Ni7和LaNi2二元合金以及LaNi3-xMx和La2Ni7_vMy((M=Al、Mn、Co)三元合金)为研究对象,采用XRD和电化学测试等手段,研究了上述合金的相结构和电化学性能以及快速凝固和退火处理对部分合金的相结构和电化学性能的影响,力求得到一些关于非AB5型La-Ni系贮氢合金电化学性能的基本规律,为此类新型贮氢电极合金的进一步研究开发打下基础。 研究表明,铸态LaNi3、La2Ni7、LaNi2和LaNi4合金均为多相结构,相组成都比较复杂。上述四种合金的放电容量由大到小的顺序依次为:LaNi4合金(275.7mAh/g)、La2Ni7合金(248.7mAh/g)、LaNi3合金(199.4mAh/g)、LaNi2合金(137.9mAh/g)。这些合金的最大放电容量均远低于其各自的理论容量;在上述合金中,以LaNi3合金的高倍率放电性能最好(HRD600=70.9%),LaNi4合金最差(HRD600=63.8%)。从经70次循环后的容量保持率(S70)比较,以LaNi2合金的循环稳定性最好(S70=64.5%),而LaNi4合金最差(S70=26.2%)。快速凝固LaNi3和La2Ni7合金的相组成与铸态合金相近,只是各合金相的含量有所变化。经700℃×120h退火处理后LaNi3合金中的主相为LaNi3相,但经900℃×120h退火处理后LaNi3合金中的主相为La2Ni7相,且退火态合金的主相含量较之铸态和快速凝固合金有明显提高。退火处理降低了合金的最大放电容量,但改善了合金的高倍率放电性能和循环稳定性。 在铸态LaNi3-xAlx(x=0.00~0.45)、LaNi3-yCoy(y=0.0~0.6)和LaNi3-zMnz(z=0.0~0.6)三种系列的La-Ni系AB3型三元合金中,除含Al合金的主相在x>0.30时由LaNi3相转变为La2Ni7相外,其它合金的主相均为LaNi3相。含Al、Co和Mn三元合金经2~4次循环可以活化达到最大放电容量(与LaNi3二元合金相当)。随x的增加,含Al三元合金的最大放电容量由216.7mAh/g降低到188.8mAh/g。与LaNi3二元合金相比,添加Al明显改善了合金的高倍率放电性能(HRD600=78.7%~91.4%)和合金的循环稳定性(S70从二元合金的55.7%逐渐增加到73.1%)。添加Co使合金的最大放电容量(153.2~203.6mAh/g)有所下降,但改善合金的高倍率放电性能(HRD600=73.8%~84.0%)。添加Mn使合金的最大放电容量(160.2~202.3mAh/g)有所下降。在所研究的三种铸态AB3型的三元合金中, 浙江大学硕士学位论文 LSNi28AI*合金的放电容量最高口.7hah/g卜其循环稳定性p7广66刀%) 好于LaNi。合金uW一55.7%X 综合性能相对铰好。 与铸态合金相比,追火处理 (70 t X 96h)使 LaNi工xAI大一0.20 ~0人5)、LaNi。-yCOy(=0.l一0.6)和LaNi。zMnz(zril.!一0.6)三种系列的La-Ni 系AB3型三元合金主相队 相)的含量有所提高,其它合金相的含量有 所降低。与铸态含AJ合金橱比,退火处理使含AI合金的放电容自199-9- 237.3mAhjg)有所提高,但合金的高倍率放电性能(HRD。一70.6%-88.5%) 有所下降。与铸态含C。合金相比,退火处理使含Co合金的活化性能略 有故善,循环稳定性明显增强p7。=673%~78.8%卜但合金的最大放电容 量有所下降*.0八.smAh/g卜与铸态含Mn合金相比,退火处理使含 Mn合金的活化性能有所降低,循环稳定性有所提高pMti.3%G3.7%卜 最大放电容量为1474~Zll刀mAh/g。在所研究的三种退火态三元合金中, LaNi八AI*合金的放电容量最高O37.3mAh/g卜 其循环稳定性较好 K7广74.5%),综合性能相对较好。 在铸态LaZNi,-xAI工x-0.0—0*)、La。NI,,Cov(卜*-1.2)和LazNI,《Mnz k—0刀-1.2)的A。B,型合金中,主相均为La。Ni,相。与La。Ni,合金相比, 添加川使合金的最大放电容量有所下降p06.5-245.3mAh/g卜 但改善了 合金的高倍率放电性能(HRD6加一sl.4%~gi.2%)和循环稳定性p7。从 35.8%逐渐增加到63.3o/oh 添加CO使合金的活化性能和最大放电容量 O2.5-2483mAhjg)都有所下降,但高倍率放电性能(HRD0广 84.l%-87.5%)和循环稳定性侣”一47刀%~63.3%)有所改善:添加Mn使合 金的最大放电容量有所下降仅2.7-247.gmAh/gX 但循环稳定性有所提 高K7广sl.7%、585%卜在所研究的三种铸态AZB7型合金甲,L82N158CO12 合金的放电容量最高O48.3mAh/g卜 其循环稳定性瞩刊一47刀%)好于 La。Ni7合金p刊一35.8%卜 其综合性能相对较好。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG139.7

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