收藏本站
《中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

C14 Laves相与BCC相合金的储氢及电化学行为的研究

余学斌  
【摘要】:Ti-V基BCC相合金由于其较高的理论容量,在作为燃料电池的供氢源以及高容量Ni-MH电池的负极材料方面具有良好的应用前景。其近年来的发展虽然取得了一定的进展,但在吸放氢及电化学性能方面仍存在许多问题。本文以提高Ti-V基BCC相合金的气固相储氢容量和改善其电化学性能为目的,把研究合金从C14 Laves相向BCC相的转变过程及其相互关系作为出发点,通过元素替代、成分调整和表面修饰等实验手段,运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、俄歇电子能谱(AES)、X光电子能谱(XPS)、差热扫描—热重分析(DSC-TG)等测试技术,深入系统地研究了储氢合金的活化、吸放氢和电化学性能与其微结构、热力学和动力学特征之间的关系,获得了改善合金储氢及电化学性能的一些规律,使Ti-V基BCC相合金的活化性能得到明显改善,吸放氢和电化学容量得到显著提高。 对TiMn_(1.25)Cr_(0.25)合金储氢性能的研究表明,合金表面氧化层的形成是阻碍合金活化的主要原因之一。适量(V_4Fe)合金或碳的添加可改善合金的活化性能。(V_4Fe)的添加可使合金的储氢容量由最初的1.33wt%增加到2.0wt%,同时使合金的平台压力下降,滞后效应减小,但也导致合金的平台斜率加大。研究表明,合金的吸放氢平台斜率大小受该合金的晶格畸变程度的影响,晶格畸变越小,合金的吸放氢平台越平坦。此外,增加Cr含量使合金的滞后效应明显改善,碳的添加可改善合金的循环衰减性能。 对Ti-(50-x)Mn-10Cr-xV(x=0,8,12,16,20,24,28,32)合金的研究表明,随着合金中V含量的增加,合金由C14 Laves相变为C14 Laves相与BCC相共存,再变为单一的BCC相结构。V含量的增加导致合金的吸氢容量增加、吸放氢平台变得平坦、平台压力降低以及放氢过程中合金中残余氢容量增加。BCC相合金吸氢过程会导致合金的晶体结构发生变化,其变化过程为BCC?deformed BCC?deformed FCC ? FCC。活化性能测试结果表明,合金活化过程中孕育期的长短与合金表面氧化层的特性密切相关,而合金与氢的反应速率由合金本身的性质所决定。本文首次证实了单一BCC相的Ti-Mn-Cr-V四元合金拥有良好的吸放氢动力学性能。该合金在低于373K时的最大吸放氢量分别为4wt%和2.6wt%左右,这些都大大高于目前为正文献中报道的有关Ti-V基BCC合金的吸放氢容量(分别为3.5wt%和2.0wt%左右)。 为了进一步改善合金的储氢性能并降低其成本,通过元素替代对Ti-Mn-Cr-V BCC相合金的储氢性能进行了研究。结果表明,适量Fe的添加在没有明显降低合金放氢容量的情况下,可使合金的放氢平台压力由原来的0.01MPa增加到0.19MPa,同时由于降低了合金中的V含量从而使合金的成本大大降低。通过调节Ti含量,合金的放氢平台压力可以在0.02MPa~0.26MPa的范围内进行调节。Cr含量的增加有利于合金中BCC相的形成。研究发现,合金的储氢性能与合金中BCC相的含量及其 摘要 晶胞参数密切相关。稳定的BCC相结构及合金的晶胞参数控制在 O.3O25nm一0.3045nm的范围是Ti一V基BCC相合金拥有良好储氢性能的重要条件,这 为开发新的Ti一V基BCC相合金提供了参考依据。 首次研究了快淬对Ti一Mn一Cr-V合金的相结构及吸放氢性能的影响。结果表明, 快淬使合金由BCC和C 14 Laves两相结构变为单一的BCC结构。随着快淬速度由0 增大到30ms一’,合金的晶胞参数由0.30584nm降低至o.30623nm,同时合金的晶格畸 变减小。快淬对合金的吸氢容量影响不大,但其可导致合金的放氢容量由铸态样品 的2.30wt%增加到2.42wt%。随着快淬速度的增加,合金的PCT平台压力降低,平 台变得平坦,同时活化难度加大。通过ABS合金的表面修饰可使快淬合金的活化险 能得到明显的改善。 对合金表面的纳米修饰来改善Ti一15Mn一巧C卜30V合金的活化性能进行了初探性 的研究,结果表明,纳米ZnO、纳米碳以及ABs纳米颗粒的表面修饰能够改善合金 的活化性能。这可能是由于合金表面的纳米颗粒一方面自身具有高的催化活性,导 致氢的分解与吸收;另一方面可以作为氢原子进入合金基体的通道,从而导致合金 的吸氢行为容易发生。被修饰后的合金不需活化处理即可完成吸氢过程。 本文发现了单一BCC相的Ti一V基合金在高温具有电化学活性。在353K和IOmA g一’的放电电流下,Ti一巧Mn一15c卜30v合金的放电容量可达到650mAhg一’。然而,该 合金在353K时的循环衰减非常明显,10次充放电循环后,合金的放电容量降低至 roo mAhg一’,这可能是由于充放电过程中在合金表面形成了一层Tio:氧化层,同时 合金中的V在充放电过程中很容易溶解到碱液中,从而导致合金失去电化学活性。 ABS合金表面修饰可显著提高Ti一巧Mn一15C卜30V合金的放电容量,并改善其倍 率性能和循环寿命。研究表明,在球磨的最初阶段,主要是钢球和BCC合金作用于 ABS合金颗粒,并导致其迅速碎化,而此时BCC合金变化不大。随着球磨的进行, ABS碎化为20nm一SOnm左右的纳米颗粒并包覆在BCC合金的表面,30而n球磨后, 钢球主要作用于BCC合金,并导致其颗粒度随着球磨时间的延长而不断减小。电化 学测试结果表明,在293K时,合金的电化学活性与合金中ABS的含量密
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TM911

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;板翅式换热器用铝合金材料概况简介[J];深冷技术;1972年S3期
2 安国;;能积为24兆高奥的钐钴恒磁的磁性[J];磁性材料及器件;1972年04期
3 张克俭,宋沂生;合金优化设计方法探讨之一——合金优化设计数学模型[J];北京科技大学学报;1982年S1期
4 秦紫瑞,冯秀英,魏广升,李隆盛,于勇,刘德经;耐“盐酸-氯化铁”复合介质铸造镍基合金的研究[J];大连理工大学学报;1982年03期
5 孙贵儒;Fe-Ni25~30%合金的相变和磁性[J];东北大学学报(自然科学版);1982年01期
6 徐清富;最近研制的气门表面强化合金[J];内燃机配件;1986年04期
7 秦紫瑞,李隆盛,高文华,郭珊;复合磷肥设备中磷酸泵用材料ZS28合金的研究[J];大连理工大学学报;1987年04期
8 孙迺箴 ,刘和法 ,戴学礼;函数记录仪在金属材料相变研究中的应用[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);1987年02期
9 顾卓明,蒋成海,杨烈宇;钢铁表面离子镀Cu—Pb合金固体润滑膜的研究[J];大连海事大学学报;1988年02期
10 范肇楚;ZL3合金活塞过时效补救[J];内燃机配件;1988年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曹兴民;赵永庆;奚正平;;Tc21合金高温渗氢组织变化研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
2 艾延龄;刘江文;罗承萍;;含Ca、Si镁合金的力学性能分析[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
3 杨志懋;严群;丁秉钧;王笑天;;Cu合金在真空小间隙下的击穿表面特征[A];中国电子学会真空电子学分会第十届年会论文集(下册)[C];1995年
4 李振荣;田素贵;孙文儒;赵忠刚;刘臣;;一种含磷、硼GH4169合金的组织与蠕变行为[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
5 吕志军;陆传航;王体刚;田雷;吕增;蔡新荣;;Inconel 625合金+低温碳钢的焊接工艺研究[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年
6 宋练鹏;尹志民;罗丽;李振奎;;Cu-Ag、Cu-Zr和Cu-Ag-Zr合金的组织和性能[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
7 赖奂汶;黄清安;;PERFORMA 260碱性Zn-Fe合金新工艺[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
8 吕钢;董尚利;耿洪滨;;TB2合金低温力学性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 杨冠军;于振涛;周廉;;钛合金材料的开发及应用现状[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
10 陈彬;卢晨;林栋樑;曾小勤;;Mg_(97)Y_2Zn_1合金高温热压缩流动行为[A];第九届全国固体内耗与力学谱及其应用学术会议论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 任亮;S*ST合金彻底摆脱德隆阴影[N];第一财经日报;2006年
2 本报记者 王建专;无锡日月合金:真空电子行业下一个“西门子”?[N];江苏科技报;2009年
3 深圳智多盈 余 凯;合金投资加快重组进程[N];证券日报;2005年
4 记者 鹤鸣;德隆系又被银行推上被告席[N];中国证券报;2004年
5 记者 陈建军;合金投资难脱德隆阴影[N];上海证券报;2005年
6 金茹;如何修补铝合金蒸发器[N];中国有色金属报;2002年
7 ;美研制成功汽车发动机新型合金[N];中国有色金属报;2003年
8 张丙乾 任朝阳;永登铝业公司 采取多项举措避风险[N];中国有色金属报;2009年
9 天一;合金投资国债资金被挪用[N];金融时报;2004年
10 记者 贺棣葆通讯员 岳振廷;金龙合金铜管项目开工[N];河南日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 余学斌;C14 Laves相与BCC相合金的储氢及电化学行为的研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2004年
2 刘媛媛;二元Pb合金结构和性质的分子动力学模拟及真空蒸馏实验研究[D];昆明理工大学;2010年
3 傅智盛;气相法聚乙烯原位合金的合成及其结构—性能关系的研究[D];浙江大学;2003年
4 谢建斌;金属及合金在不同介质中淬火时的数值模拟和应用研究[D];昆明理工大学;2003年
5 马德伟;带隙可调的Zn_(1-x)Cd_xO合金半导体薄膜的研究[D];浙江大学;2003年
6 陈远富;室温磁致冷GdSiGe系合金的磁热效应、磁相变及其机制研究[D];四川大学;2001年
7 谭凯;金属、合金纳米体系的计算与模拟[D];厦门大学;2002年
8 蔡大勇;GH169及GH696高温合金热加工工艺基础研究[D];燕山大学;2003年
9 张贵杰;固体“类流态”现象的混沌动力学特征及机理研究[D];天津大学;2004年
10 肖峻峰;阻燃PBT及其合金纳米复合材料的制备与性能研究[D];中国科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈勇;聚苯乙烯(PS)/聚烯烃(PO)合金的制备[D];四川大学;2004年
2 李振铎;纤维相复合强化Cu-6%Ag合金及其稀土元素微合金化[D];浙江大学;2005年
3 徐华;耐锌液腐蚀合金的制备及应用[D];河北工业大学;2002年
4 任娟娜;弹性畸变场下Ni_(75)Al_(14)Mo_(11)合金的沉淀行为研究[D];中北大学;2011年
5 刘国栋;Fe-Ga合金巨磁致伸缩研究及强制高有序合金的制备和物性测量[D];河北工业大学;2004年
6 阮海琼;稀土元素铒(Er)在Al-Zn-Mg合金中的作用[D];北京工业大学;2004年
7 桑强;烯烃合金共聚反应的计算机控制[D];浙江大学;2003年
8 吴炜;快速凝固四元铝基金金显微组织及性能的研究[D];合肥工业大学;2004年
9 刘小林;散香型ABS及ABS/PC合金的研制[D];四川大学;2005年
10 张力军;Ti_2AlNb合金钎焊及液相扩散连接工艺研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026