用真空電弧熔煉和熱處理（1000℃×10 h）制備了AB₅型La_0.7-xY_xCe_0.3Ni_3.9Co_0.45Mn_0.35Al_0.3（x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4）退火合金,研究了A端Y元素對退火合金微觀組織、相結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。XRD和SEM電鏡分析結(jié)果表明,退火合金微觀組織均有CaCu₅型主相和少量第二相組成,隨Y含量的增大,主相的晶胞參數(shù)a,c及晶胞體積V依次減小。電化學(xué)測試結(jié)果表明:經(jīng)100次充放電循環(huán)后的容量保持率S₁₀₀=77.6%～88.1%,合金電極的高倍率放電性能HRD₉₀₀=86.9%～92.9%。Y元素的添加對提高合金的循環(huán)壽命效果顯著。其中Y含量x=0.2時的合金具有較好的綜合電化學(xué)性能, 100次充放電后的循環(huán)壽命S₁₀₀=88.1%,高倍率放電性能HRD₉₀₀

【文章來源】：中國稀土學(xué)報. 2020年05期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

La0.7-xYxCe0.3Ni3.9Co0.45Mn0.35Al0.3(x=0～0.4)合金XRD圖譜

表1 合金La0.7-xYxCe0.3Ni3.9Co0.45Mn0.35Al0.3(x=0～0.4)的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Cell parameters of La0.7-xYxCe0.3Ni3.9Co0.45Mn0.35Al0.3 (x=0～0.4) alloys Samples Lattice constants Cell volumeV/10-3 nm3 a/10-1 nm c/10-1 nm c/a x=0 5.0181 4.0420 0.8055 88.1466 x=0.1 5.0064 4.0409 0.8071 87.7122 x=0.2 4.9890 4.0341 0.8086 86.9577 x=0.3 4.9781 4.0356 0.8106 86.6111 x=0.4 4.9670 4.0331 0.8120 86.1694表2 EDS能譜分析Table 2 EDS spectrum analysis Samples Area composition/(%, atom fraction) La Ce Y Ni Co Mn Al Area 1 9.6 3.7 3.3 69.3 5.9 6.1 2.1 Area 2 8.9 3.0 3.1 60.5 0.9 21.3 2.3

圖3為La0.7-xYxCe0.3Ni3.9Co0.45Mn0.35Al0.3 (x=0～0.4)(其中Co的質(zhì)量分數(shù)為6%)電極在電流密度為300 mA·g-1經(jīng)多次充放電后的循環(huán)曲線,其中鑲嵌的小圖是充放電電流密度為60 mA·g-1時的活化曲線。 由圖3中的小圖可知, 所有合金均具有優(yōu)良的活化性能, 經(jīng)2次充放電后可達到最大放電容量。 隨x增加, 合金電極放電容量由x=0的348.4 mAh·g-1提升至x=0.1的351.8 mAh·g-1, 然后又降低至x=0.4的294.5 mAh·g-1, 呈現(xiàn)出先增大后減小的規(guī)律, 說明Y的加入可以提高合金的活化性能, 但并不是越多越好。 由圖3循環(huán)曲線明顯看出Y元素的添加對提高合金的循環(huán)壽命效果顯著, 不加Y元素的合金電極容量保持率S100為84.8%, 添加量為x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4時合金的容量保持率S100分別為86.3%, 92.5%, 89.3%, 88.5%, 其中Y含量在x=0.2時循環(huán)穩(wěn)定性最好, 說明適量的Y元素對合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性有益。由于金屬界面的氧化和腐蝕影響儲氫合金循環(huán)穩(wěn)定性, 所以通過測量合金的Tafel極化曲線來表征合金的抗氧化能力, 如圖4, 擬合結(jié)果見表3。 結(jié)果表明, 合金電極的腐蝕電位分別為-0.9276, -0.9160, -0.8916, -0.8932和-0.9138 V (x=0, 0.1, 0.2, 0.3和0.4), 隨著Y的增多, 合金的腐蝕電位先增大后減小, 由于更高的電位表示電極具有更好的耐腐蝕性, 意味著合金的耐腐蝕性也是先增大后減小, 因此Y的加入會增強合金的耐腐蝕性, 這驗證了合金的耐腐蝕性和循環(huán)穩(wěn)定性的正相關(guān)性。 另外結(jié)合表1, 此系列合金的體積V隨著x的增加而減小, 是因為合金在反復(fù)吸放氫過程中產(chǎn)生應(yīng)力、 應(yīng)變能量導(dǎo)致晶格膨脹, 從而降低其抗粉碎能力, 這不利于其循環(huán)穩(wěn)定性, 因此合金的循環(huán)穩(wěn)定性是隨著Y元素含量的增多呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。 此結(jié)果與Yang等[9]報道一致, 適量的Y取代, 一方面減緩了La3+和OH-的擴散速率, 所以降低了合金在堿液中的腐蝕速率; 另一方面成分優(yōu)化抑制了合金表面腐蝕產(chǎn)物的增長率, 增強了合金的耐腐蝕性, 所以使得加Y的合金循環(huán)穩(wěn)定性增強。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]稀土元素對R-Y-Ni系A(chǔ)2B7型無鎂儲氫合金微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響[J]. 姜婉婷,羅永春,趙磊,鄧安強,張國慶.  無機化學(xué)學(xué)報. 2018(10)
[2]無鎂超點陣結(jié)構(gòu)A2B7型La1-xYxNi3.25Mn0.15Al0.1合金的儲氫和電化學(xué)性能[J]. 趙磊,羅永春,鄧安強,姜婉婷.  高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報. 2018(09)
[3]稀土系A(chǔ)2B7型La1-xScxNi2.6Co0.3Mn0.5Al0.1（x=0～0.5）儲氫合金相結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能研究[J]. 梅興志,羅永春,張國慶,康龍.  無機材料學(xué)報. 2015(10)
[4]快凝儲氫合金La0.8Ce0.2Ni4.65-xMn0.9Ti0.05(V0.3Fe0.4Al0.3)x微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能研究[J]. 李新宇,羅永春,王浩,康龍.  中國稀土學(xué)報. 2015(05)

碩士論文
[1]元素Y、Zr替代對AB5型儲氫合金結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響[D]. 王雨瀟.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2019
[2]超長壽命低鈷AB5型儲氫合金的制備及性能研究[D]. 羅磊.華南理工大學(xué) 2016



本文編號：2935081