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Ti-Zr-Ni基合金的制备及电化学贮氢性能的研究
作 者: 白晓波
导 师: 赵东江
学 校: 黑龙江大学
专 业: 无机化学
关键词: 准晶 Ti-Zr-Ni基贮氢合金 电化学性能 动力学参数
分类号: TG139.7
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
准晶相合金中含有大量的四面体结构,使得准晶相合金在贮氢领域作为电极材料具有潜在的应用空间。Ti-Zr-Ni基准晶是过渡金属基准晶,具有优良的贮氢性能,如Ti45Zr38Ni17准晶态合金的贮氢量达到2.75%(重量比),远高于AB5型稀土贮氢合金的贮氢量,而且,Ti基贮氢合金具有较高的能量密度、易活化且成本低等优点。因此,被认为是最有开发前途的新型贮氢材料。本文系统地研究了TixZr75-xNi25(x=30,35,40,45,50)系列合金和Ti45Zr35Ni20-xMx(M=Cr或Mn;x=0,1)系列合金的电化学贮氢性能并测定了电极反应动力学参数。采用真空急冷法制备了TixZr75-xNi25(x=30,35,40,45,50)系列合金,X射线衍射法分析表明,合金中均含有准晶相结构。合金组成比例的不同,对合金电极的活化性能、快速放电能力、循环充放电性能和电荷保持能力均有不同程度的影响。同时,动力学研究表明,TixZr75-xNi25(x=30,35,40,45,50)系列合金的氢扩散系数、交换电流密度也随着合金比例的变化而呈规律性变化,说明合金中各组分比对合金电极的贮氢性能有影响。对Ti45Zr35Ni20-xMx(M=Cr或Mn;x=0,1)系列合金进行X射线衍射分析表明,该系列合金中也含有准晶相结构,且添加不同元素合金中准晶的含量也不同。电化学研究表明,添加元素对合金电极的活化性能、快速放电能力、循环充放电性能和电荷保持能力也有一定程度的影响,而Ti45Zr35Ni20-xMx(M=Cr或Mn;x=0,1)系列合金中氢的扩散系数及电极反应交换电流密度差别不大。
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全文目录
中文摘要 2-3 Abstract 3-7 第1章 文献综述 7-17 1.1 贮氢合金概述 7-11 1.1.1 贮氢合金 7-8 1.1.2 贮氢原理 8-10 1.1.3 贮氢合金的应用 10-11 1.2 新型贮氢合金 11-13 1.2.1 稀土-镁系贮氢合金 11-12 1.2.2 钒基固溶体贮氢合金 12 1.2.3 准晶态贮氢合金 12-13 1.3 Ti-Zr-Ni基准晶态贮氢合金 13-16 1.3.1 Ti-Zr-Ni基准晶态合金的制备方法 13-14 1.3.2 Ti-Zr-Ni基准晶态合金的贮氢性能 14-16 1.3.3 Ti-Zr-Ni基准晶合金作为贮氢电极存在的问题 16 1.4 本论文的主要研究内容 16-17 第2章 实验部分 17-20 2.1 仪器及试剂 17 2.1.1 主要化学试剂 17 2.1.2 主要仪器 17 2.2 Ti-Zr-Ni基合金的制备 17-18 2.3 电极的制备与性能测试 18 2.3.1 贮氢合金电极的制备 18 2.3.2 电极性能的测试 18 2.4 动力学参数测试 18-19 2.5 物理表征 19-20 第3章 结果与讨论 20-47 3.1 Ti-Zr-Ni基合金相结构的测定 20-21 3.1.1 Ti_xZr_(75-x)Ni_(25)合金 20 3.1.2 Ti45Zr35Ni20-xMx合金 20-21 3.2 Ti-Zr-Ni基合金的电化学贮氢性能 21-30 3.2.1 活化性能和最大放电容量 21-22 3.2.2 放电性能 22-25 3.2.3 放电过电位 25-26 3.2.4 电荷保持能力 26-27 3.2.5 循环充放电性能 27-28 3.2.6 Ti_xZr_(75-x)Ni_(25)合金的温度特性 28-30 3.3 Ti-Zr-Ni基合金电极性能衰减原因的分析 30-32 3.4 Ti-Zr-Ni基合金电极的循环伏安研究 32-36 3.4.1 循环伏安曲线的测定 32-34 3.4.2 电极反应机理的研究 34-36 3.5 Ti-Zr-Ni基合金电极的动力学参数测定 36-41 3.5.1 电位阶跃法测定氢在合金中的扩散系数 36-38 3.5.2 电流阶跃法测定交换电流密度 38-41 3.6 Ti-Zr-Ni基合金电极的交流阻抗研究 41-47 3.6.1 Ti_xZr_(75-x)Ni_(25)系列合金的交流阻抗研究 42-44 3.6.2 Ti_(45)Zr_(35)Ni_(20-x)M_x系列合金的交流阻抗研究 44-47 结论 47-48 参考文献 48-55 致谢 55-56
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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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