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稀土系过化学计量比储氢电极合金的相结构及电化学性能研究

作　者: 李芳红
导　师: 康龙；罗永春
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 非化学计量比 低钴合金 合金制备技术 相结构 电化学性能
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要


本文以低钴非化学计量比稀土系储氢合金MmNiy-1.4-xAl0.5Mn0.5Cu0.4Cox（x=0～0.2；y=5.2～5.5）为研究对象，采用XRD、SEM/EDS以及电化学测试等手段，比较系统地研究了储氢合金的化学计量比以及退火处理和快速凝固等制备技术对上述储氢合金组织结构和电化学性能的影响，力求通过对储氢合金化学计量比和制备工艺的研究，进一步改善合金的相结构，提高储氢合金的电化学性能。 对常规熔铸及其退火处理合金的研究结果表明：过化学计量比的常规熔铸合金为粗大的树枝晶组织，合金中除LaNi5主相外，还存在富含Mn、Al的第二相，第二相零散地分布在枝间区域，且其数量随化学计量比的增大而增多；常规熔铸合金经1000℃×10h退火处理后，少量第二相溶解，晶粒尺寸并没有发生明显变化。电化学测试结果表明，常规熔铸合金具有很好的活化性能，一般只需3-4次循环即可完全活化，合金的最大放电容量随化学计量比的增大而降低，循环稳定性随Co含量的增加和化学计量比的增大而提高；退火处理后，活化次数增加，最大放电容量和循环稳定性无明显变化，常规熔铸合金在退火处理前后都具有很好的高倍率放电性能；在所研究的不同计量比的合金中，以钴含量x=0.2，化学计量比y=5.3，经1000℃×10h热处理的合金的综合电化学性能较好，其活化次数为4次，最大放电容量Cmax=281.58mAh/g，高倍率放电性能HRD600=87.5％，经250mA/g、100次循环后的容量保持率为S100=88.15％。 对快速凝固及退火处理合金的研究结果表明：快速凝固可以完全抑制过化学计量比合金中第二相的析出，合金均为CaCu5型单相结构，具有胞状或长条状组织，晶粒细小，成分分布均匀，无明显偏析；快速凝固合金经低温退火处理（400℃×1h和600℃×1h）后仍保持单相结构，但高温退后处理（1000℃×10h）后又有少量第二相析出。电化学测试结果表明，快速凝固合金活化速度较慢，活化次数随冷却速度的增大而增大，一般需要6-9次或更多次才能完全活化，快速凝固合金的最大放电容量随着冷却速度的增大而明显下降，与相同成分的常规熔铸合金相比，最大放电容量有所降低，但循环稳定性大幅度的提高，高倍率放电性能明显降低，且计量比越大，高倍率放电性能越好；快速凝固合金经退火处理后活化性能明显改善，一般需要3-5次循环即可完全活化，低温退火使合金的放电容量增大，循环稳定性进一步提高，而高温退火则导致快速凝固合金的放电容量稍有下降，循环稳定性降低，高倍率放电性能随退火温度的升高有较大幅度的提高。对不同计量比和冷却速度的快速凝固合金的研究结果表明，冷却速度为20m/s，钴含量x=0.1，化学计量比y=5.2，经400℃×1h退火处理的合金具有较好的综合电化学性能，其活化次数为5次，最大放电容量Cmax=280.38mAh/g，高倍率放电性能HRD600=90.76％，经250mA/g、100次循环后的容量保持率为S100=93.5％。 由此可见，将非化学计量比的储氢合金进行快速凝固加低温退火处理可有效改善其循环稳定性，从而达到降低钴含量的目的。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-5
目录  5-7
第一章 绪论  7-21
  1.1 储氢合金概述  7-15
    1.1.1 金属氢化物储氢原理  8-9
    1.1.2 储氢合金的热力学性质  9-11
    1.1.3 储氢合金吸氢反应机理  11-12
    1.1.4 储氢合金吸放氢动力学  12
    1.1.5 储氢合金的分类  12-15
    1.1.6 储氢合金的应用  15
  1.2 镍-金属氢化物电池  15-21
    1.2.1 Ni-MH电池的发展概况  15-16
    1.2.2 Ni-MH电池工作原理  16-17
    1.2.3 负极合金上的电极反应机理  17-19
    1.2.4 储氢电极合金放电动力学  19
    1.2.5 Ni-MH电极合金的失效  19-20
    1.2.6 Ni-MH电极合金材料的性能要求  20-21
第二章 文献综述:AB_5型稀土系储氢电极合金研究进展  21-35
  2.1 AB_5型储氢电极合金的研究开发过程及存在的主要问题  21-22
  2.2 AB_5型储氢电极合金的化学成分对合金性能的影响  22-25
    2.2.1 Ni元素  22-23
    2.2.2 Co元素  23-24
    2.2.3 Mn元素  24
    2.2.4 Al元素  24-25
    2.2.5 Cu、Fe元素  25
  2.3 组织结构对合金电化学性能的影响  25-28
    2.3.1 合金的常规熔铸与退火处理  25-26
    2.3.2 合金的快速凝固与退火处理  26-28
  2.4 化学计量比对合金电化学性能的影响  28-30
  2.5 双相储氢合金的研究  30-32
  2.6 低钴与无钴合金的研究及降低AB_5型储氢电极合金成本的可能性论证  32-34
  2.7 本文的研究思路及研究内容  34-35
第三章 实验方法  35-41
  3.1 储氢合金样品的制备  35-37
    3.1.1 合金成分设计  35
    3.1.2 合金的熔炼  35
    3.1.3 快速凝固合金样品的制备  35-36
    3.1.4 合金的退火处理  36-37
  3.2 储氢合金相结构分析  37-38
    3.2.1 金相组织观察  37
    3.2.2 EDS能谱成分分析  37
    3.2.3 XRD分析  37-38
  3.3 电化学性能测试  38-41
    3.3.1 电化学性能表征  38
    3.3.2 储氢合金电极的制备  38-39
    3.3.3 电化学测试装置  39-40
    3.3.4 电化学性能测试方法  40-41
第四章 实验结果分析与讨论  41-59
  4.1 合金的晶体结构  41-45
  4.2 合金的显微组织结构  45-48
  4.3 合金电化学性能  48-59
    4.3.1 活化性能和最大放电容量  48-50
    4.3.2 循环稳定性  50-53
    4.3.3 高倍率放电性能  53-59
结论  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
附录  64

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 其他特种性质合金 > 储氢合金
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