摘要：Re-Mg-Ni系贮氢合金是近10年来进展起来的新一代高性能稀土贮氢材料，并且已经于高端镍氢电池中得到初步运用。为了提升我国稀土贮氢材料在高端市场中的竞争力，开发新型稀土镁基贮氢合金及其在高端镍氢电池中的运用技术已成为我国近年稀土贮氢材料的研发重点，但至今仍未取得突破性进展，尤其在合金产业化和电池运用技术方面进展缓慢。针对Re-Mg-Ni系贮氢合金循环稳定性差这一近况，结合元素替代以及热处理工艺的改善，本论文以La-Mg-Ni系A_2B_7型贮氢合金为探讨对象，通过X射线衍射(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)等浅析测试策略探讨了铸态贮氢合金以及退火后合金的微观相组织特性，并且以兰电测试系统和电化学工作站浅析测试了贮氢合金在熔炼后以及退火工艺后的电化学特性和动力学性能。探讨结果为日后突破产业化关键技术提供了一定的论述依据，对日后电池运用技术具有指导作用。本论文利用真空中频感应熔炼的策略，制备了La_(0.6)Nd_(0.1)Re_(0.1)Mg_(0.2)Ni_(3.35)Al_(0.15)(Re=Pr, Sm, Ce, Y)贮氢合金，经X射线衍射浅析和扫描电镜显微浅析得出，贮氢合金由多相组成，包括CaCu_5型LaNi_5相，Ce_2Ni_7型(La, Mg)_2Ni_7主相以及少量其他杂相。我们发现A侧不同元素替代对于主相只有相丰度上的变化，利用元素Sm部分替代La后的合金组织中形成Ce_2Ni_7型(La, Mg)_2Ni_7相相对较多,而利用元素Y部分替代La后的合金组织中形成CaCu_5型LaNi_5相相对较多。利用元素Pr和Ce部分替代La后的合金，两相的比例介于前面的两个合金之间。合金经过电化学测试，得出不同的元素替代对于各贮氢合金的活化性能影响不大，添加元素为Sm时，最大放电容量较高，添加Y元素后合金的循环寿命较长；借助电化学交流阻抗，动电位极化，恒电位阶跃和循环伏安法等电化学测试法探讨了合金电极的动力学，得出合金的极限电流密度IL和氢扩散系数D呈现出与此相对应的规律，由交流阻抗拟合得出的探讨电极与溶液间的电荷传递电阻R3变化规律与极限电流密度IL以及氢扩散系数D规律不一致，但是由于合金的高倍率性能由合金电极的表面电荷迁移速率和内部氢扩散的能力共同决定的，因而呈现出高倍率放电性能由高到低排序为：Ce、Pr、Y、Sm。对La_(0.6)Nd_(0.1)Re_(0.1)Mg_(0.2)Ni_(3.35)Al_(0.15)(Re=Pr, Sm, Ce, Y)贮氢合金施加退火处理，本实验得出适当的退火处理使得Ce_2Ni_7型(La, Mg)_2Ni_7相相丰度增加，过高的退火温度1273K则使得Ce_2Ni_7型(La, Mg)_2Ni_7相发生相变生成CaCu_5型LaNi_5相。适当的退火温度使得合金的最大放电容量增加，循环稳定性改善，各合金的最大放电容量分别为: Pr:377.3mAh/g(1173K)， Sm:372.0mAh/g(1223K)，Ce:376.2mAh/g(1223K)，Y:420.2mAh/g(1223K)。退火处理对合金的循环稳定性也有显著的改善作用，各合金的最佳容量保持率S100分别为：Pr:95.56%(1223K)，Sm:94.96%(1173K)，Ce:88.80%(1223K)，Y:92.46%(1173K)，而过高的退火温度，会导致合金的放电容量显著下降，同时合金的循环稳定性也显著降低。此外，适当的退火还不同程度的改善了合金的高倍率放电性能。关键词：La-Mg-Ni系贮氢合金论文退火处理论文相结构论文电化学性能论文
摘要5-7
Abstract7-11
引言11-12
1 文献综述12-28
1.1 La-Mg-Ni 型贮氢合金的探讨近况12
1.2 La-Mg-Ni 系贮氢合金的进展史12-14
1.3 La-Mg-Ni 系贮氢合金相图14-16
1.4 La-Mg-Ni 系贮氢合金相结构16-18
1.5 La-Mg-Ni 系贮氢合金氢化物18-20
1.6 La-Mg-Ni 系贮氢合金电化学性能探讨20
1.7 改善 La-Mg-Ni 系贮氢合金循环稳定性的措施20-26
1.7.1 La-Mg-Ni 系合金元素替代21
1.7.2 Re-Mg-Ni 基合金化学计量比21-22
1.7.3 调整制备工艺22-26
1.8 课题的目的和作用26-28
2 实验策略28-37
2.1 合金设计案例28
2.2 合金的制备28-29
2.3 热处理工艺29-30
2.4 贮氢合金结构及形貌探讨30-31
2.4.1 X 射线衍射浅析(XRD)30-31
2.4.2 扫描电镜(SEM/EDS)31
2.4.3 高分辨透射电镜浅析(HRTEM/ED)31
2.5 贮氢合金电极电化学性能探讨31-37
2.5.1 贮氢合金的电化学容量31-32
2.5.2 测试电极片制备32
2.5.3 电化学测试装置32-34
2.5.4 电化学性能与动力学特性测试34-37
3 铸态 La_(0.6)Nd_(0.1)Re_(0.1)Mg_(0.2)Ni_(3.35)Al_(0.15)(Re=Pr, Sm, Ce, Y)贮氢合金相结构及电化学性能探讨37-51
3.1 铸态合金的相结构与相组成37-40
3.2 铸态合金的电化学性能40-43
3.2.1 铸态合金活化性能与最大放电容量40-42
3.2.2 铸态合金循环稳定性42-43
3.3 铸态合金的动力学性能43-50
3.3.1 铸态贮氢合金高倍率放电性能43-45
3.3.2 铸态合金交流阻抗谱EIS45-47
3.3.3 铸态合金的Tafel极化曲线和极限电流密度I_L47-48
3.3.4 铸态合金氢扩散系数48-50
3.4 本章小结50-51
4 退火处理对铸态La_(0.6)Nd_(0.1)Re_(0.1)Mg_(0.2)Ni_(3.35)Al_(0.15)(Re=Pr,Sm,Ce,Y)贮氢合金相结构及其电化学性能的影响51-91
4.1 引言51
4.2 退火态合金相结构及相组成51-58
4.3 退火态合金的电化学性能58-69
4.3.1 退火态合金活化性能与最大放电容量58-63
4.3.2 退火态合金循环稳定性63-69
4.4 退火态合金的动力学性能69-89
4.4.1 退火态合金的高倍率放电性能69-73
4.4.2 退火态合金的交流阻抗谱EIS73-79
4.4.3 退火态合金Tafel极化曲线和极限电流密度I_L79-84
4.4.4 退火态合金的氢扩散系数84-89
4.5 本章小结89-91
结论91-93
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