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合金化元素对La-Mg-Ni系A_2B_7型储氢合金微观组织和电化学性能的影响

作　者: 吴婷
导　师: 罗永春
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金 微观组织 电化学性能 合金化
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 66次
引　用: 1次
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内容摘要


本文是在对国内外La-Mg-Ni系储氢合金研究进展进行全面综述的基础上,确定以La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金为研究对象,采用XRD、SEM、EPMA、Rietveld全谱拟合等材料研究方法和电化学测试方法对合金的微观结构和电化学性能进行了研究。通过对化学计量比为3.3的AB3.3合金、无Co的AB35合金、无Gd的AB3.5合金和AB35合金的相结构和电化学性能进行考察,发现化学计量比为3.5的含Co含Gd合金表现出来较好的综合电化学性能。为此,我们重点考察Co和Al含量的变化对含Gd合金微观组织和电化学性能的影响规律。以La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.35-xCoxAl0.15 (x=0～2.0)合金为研究对象,本文系统研究了Co含量的变化对此含Gd合金微观组织和电化学性能的影响。结果表明La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.35-xCoxAl0.15退火合金中,当x=0时,合金由Ce2Ni7型相(或Gd2Co7型)和Pr5Co19型相组成,无CaCu5型相；随着x的增加,当x在0.1-2.0之间变化时合金由Ce2Ni7型相(或Gd2Co7型)、Pr5Co19型相和CaCu5型相组成,并且随着x的增加,CaCu5型相不断增多,x=2.0时CaCu5型相的相丰度为27.50%,达最大。Co含量的变化对合金电极活化性能影响不大,但加入Co元素能在一定程度上能提高合金的最大放电容量；随x的增加,合金电极的最大放电容量先升高后降低,当x=0.3时合金电极容量达到最大值392.92mAh/g; Co元素对合金的电极循环稳定有明显影响,当Co含量x=1.0,1.5时,La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.35-xCoxAl0.15合金具有最好的循环稳定性,经100次充放电循环后其电极容量的保持率S100分别为94.4%、96.1%。Co含量的变化使合金电极的高倍率性能发生了变化,随x的增加,其高倍率放电性能(HRD%)呈先增加后减小趋势,其中HRD900从合金x=0时的81.6%提高到的x=0.3时的86.3%,随后又降低到x=2.0时的64.1%。以La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.2-xCo0.3Alx (x=0～0.4)合金为研究对象,本文系统研究了Al含量的变化对此含Gd合金微观组织和电化学性能的影响。结果表明该系列合金退火组织主要由Ce2Ni7(或Gd2Co7)、Pr5Co19型、PuNi3型和CaCu5型相组成；x=0.1时其相丰度达到81.2%；随Al含量x不断增加,合金中CaCu5型相丰度逐渐增多,当x=0.1-0.2时,CaCu5型相丰度为4-5%,x=0.4时,其相丰度达到66.65%。电化学测试分析表明, Al元素对合金电极活化性能影响不大,当x=0.1时,合金电极放电容量达到最大值391mAh/g,随Al含量x进一步增加,合金电极放电容量降低。适量的Al元素可使合金电极循环稳定性得到明显提高,当Al含量x=0.1-0.2时,经100次充放电循环后其电极容量保持率S100分别为92.7%和90.1%,其中La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金具有最好的综合电化学性能。

全文目录


目录  5-7
摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章 文献综述  10-26
  1.1 引言  10
  1.2 Ni/MH电池的工作原理  10-12
  1.3 贮氢电极合金基本性质  12-14
    1.3.1 贮氢合金吸放氢特性  12-13
    1.3.2 贮氢合金中氢的位置  13-14
  1.4 贮氢合金电极的失效机理  14-15
  1.5 贮氢电极合金的研究现状  15-18
    1.5.1 稀土系AB_5型贮氢合金  15-16
    1.5.2 AB_2型Laves相贮氢合金  16-17
    1.5.3 镁-镍系贮氢合金  17
    1.5.4 V基固溶体型贮氢合金  17-18
  1.6 La-Mg-Ni系储氢合金  18-24
    1.6.1 La-Ni相图  18-19
    1.6.2 A_2B_7型储氢合金的发展现状  19-24
  1.7 本文的研究思路及主要研究内容  24-26
第二章 实验方法  26-33
  2.1 合金的成分设计及样品制备  26-28
    2.1.1 合金成分设计  26
    2.1.2 合金样品制备  26-27
    2.1.3 合金退火  27-28
  2.2 储氢合金的组织结构分析  28-29
    2.2.1 合金相结构分析  28-29
    2.2.2 合金微观组织分析  29
  2.3 合金的电化学测试  29-33
    2.3.1 合金氢化物电极的制备  29-30
    2.3.2 电化学测试装置  30-31
    2.3.3 电化学性能测试方法  31-33
第三章 化学计量比、Gd、Co元素对储氢合金La_(0.63)Gd_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)相结构和电化学性能的影响  33-42
  3.1 合金的相结构  33-37
  3.2 电化学性能  37-39
    3.2.1 活化性能及放电行为  37-38
    3.2.2 电化学循环稳定性  38-39
  3.3 高倍率放电性能  39-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章 La_(0.63)Gd_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.35-x)Co_xAl_(0.15)(x=0-2.0)储氢合金的微观组织和电化学性能  42-52
  4.1 合金的微观组织和相结构  42-46
  4.2 电化学性能  46-48
    4.2.1 活化性能及放电行为  46-47
    4.2.2 电化学循环稳定性  47-48
  4.3 高倍率放电性能  48-50
  4.4 本章小结  50-52
第五章 La_(0.63)Gd_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.2-x)Co_(0.3)Al_x(x=0-0.4)储氢合金的微观组织和电化学性能  52-62
  5.1 合金的微观组织和相结构  52-56
  5.2 电化学性能  56-58
    5.2.1 活化性能及放电行为  56-57
    5.2.2 电化学循环稳定性  57-58
  5.3 高倍率放电性能  58-60
  5.4 结论  60-62
总结  62-65
  本文结论  62-63
  存在的不足  63-65
参考文献  65-70
致谢  70-71
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  71

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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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