快速凝固La_(1-x)Ce_x(NiMnFeAl)_(5.6)无钴储氢合金的电化学性能研究

题名:快速凝固La_(1-x)Ce_x(NiMnFeAl)_(5.6)无钴储氢合金的电化学性能研究
作者:刘刚
学位授予单位:兰州理工大学
关键词:过化学计量比;;无钴贮氢合金;;快速凝固;;相结构;;电化学性能
摘要:
 在商用AB_5型计量比储氢电极合金中,Co元素在保持合金电极循环稳定性方面起着十分关键的作用,同时昂贵的Co占合金成本的40-50%,因此研Segment neodymium magnet究和开发低钴和无钴的储氢合金电极材料成为近年来AB_5型贮氢合金研究的重点。但迄今已研究的实际低钴或无钴AB_5型合金在电化学性能方面特别是循环稳定性的改善上仍未得到较好的解决。本文以快速凝固无钴非化学计量比稀土系储氢合金LaNi_(4.17)Mn_(0.93)Al_(0.1)Fe_(0.4)(淬速为5m/s,10m/s,15m/s,20m/s,30m/s)、La_(1-x)Ce_xNi_(4.17)Mn_(0.93)Al_(0.1)Fe_(0.4)(x=0-0.5)和LaNi_(4.27)Mn_(0.93)Al_xFe_(0.4-x)(x=O.1-0.3)为研究对象,采用XRD、P-C-T以及电化学测试等手段,比较系统地研究了快凝速度、元素替代对相结构和电化学性能的影响,改善和提高合金的储氢量和电化学容量。
 快凝过化学计量比稀土贮氢合金LaNi_(4.17)Mn_(0.93)Al_(0.1)Fe_(0.4)(淬速为5m/s,10m/s,15m/s,20m/s,30m/s)的相组织均为过饱和CaCu_5型结构单相,随快凝速度的增加,合金的晶胞常数a变小,c增大,晶胞体积v先Segment neodymium magnet增大后减小,合金晶胞产生了各向异性变形;随淬速的增加,合金电极最大放电容量先增大后降低,但电极循环寿命得到明显提高。当x=5 m/s和10 m/s时合金电极的最大放电容量为325和337mAh/g;经100次循环后,合金电极容量的保持率S_(100)从淬速为5m/s时的73%提高到淬速为30m/s时的92%;合金电极的高倍率放电性能(HRD)随快凝速度的增加呈现递减的趋势。
 快凝过化学计量比稀土贮氢合金La_(1-x)Ce_xNi_(4.17)Mn_(0.93)Al_(0.1)Fe_(0.4)(x=0-0.5)的相组织均为过饱和CaCu_5型结构单相,合金晶胞体积与Ce含量x基本呈线性关系,其中合金的储氢量随Ce含量的增加而减小,而吸放氢平台压力增高。电化学测试和分析结果表明,随Ce含量x的增加,合金电极的活化性能和放电容量有所降低,但电极循环寿命得到明显提高。当x=0和0.5时,合金电极的最大放电容量为328.9和305.4mAh/g;经100次循环后,合金电极容量保持率S_(100)由x=0时的80%提高至x=0.5时的96%;合金电极Segment neodymium magnet的高倍率放电性能(HRD)随Ce含量的增加呈先减小后增加的趋势。
 快凝过化学计量比稀土贮氢合金LaNi_(4.27)Mn_(0.93)Al_xFe_(0.4-x)(x=0.1-0.3)的相组织均为过饱和CaCu_5型结构单相,随Al含量的增加,快淬合金CaCu_5相的晶胞参数a、c值及晶胞体积V均增大;合金的储氢量随Al含量增加而依次减小,吸放氢平台压力也减小。电化学测试和分析结果表明,随Al含量的增加,合金电极的放电容量有所降低,但当x=0.1和x=0.2时,比LaNi_(4.17)Mn_(0.93)Al_(0.1)Fe_(0.4)(15m/s)合金的放电Segment neodymium magnet容量有所增高;当x=0.1和0.3时,合金电极的最大放电容量为340和326mAh/g;电极循环寿命得到明显提高,经100次循环后,合金电极容量保持率S_(100)由x=0.1时的65%提高至x=0.3时的78%;合金电极的高倍率放电性能(HRD)随Al含量的增加呈呈现减小的趋势;
 通过系统研究,较好地解决了无钴AB_5型储氢电极合金的循环寿命问题,所研制的过计量比快凝合金具有电极容量较高、循环稳定性良好和较好的综合电化学性。
学位年度:2009