作為鎳氫電池負(fù)極材料的儲氫合金是制約鎳氫電池能量密度的關(guān)鍵之一,為了提高鎳氫電池的能量密度,科研工作者開發(fā)出了具有超晶格結(jié)構(gòu)的La-Mg-Ni系高容量型儲氫合金。但是在制備該類型合金時存在組分難以控制、工藝過程復(fù)雜以及安全隱患等問題。近年來,La-Y-Ni系儲氫合金材料由于其容量高且易制備而受到了人們的廣泛關(guān)注。本文總結(jié)并分析了La-Y-Ni儲氫合金材料的組織結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能以及PCT平臺特性,探討了存在的問題,并對下一步的工作方向進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：稀土. 2020,41(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

合金電極的放電容量曲線[33]

Baddour-Hadjean等采用Ce部分替代LaY2Ni9合金中的La后,合金的a軸減小而c軸增大,且晶胞體積減小[17]。當(dāng)Ce全部取代La后合金成為(Ce0.33Y0.66)Ni3的偽二元合金。Yan對AB3型LaY2Ni8.2Mn0.5Al0.3合金的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究[13],發(fā)現(xiàn)該類型合金具有多相結(jié)構(gòu),包括LaY2Ni9相、Ce2Ni7相以及部分的LaNi5相,如圖1所示。對A2B7型La-Y-Ni合金的研究表明,該類型合金均具有多相結(jié)構(gòu)[13,22,23,37]。文獻(xiàn)[34]采用Y部分替代La2Ni7合金中的La,未替代合金由2H-Ce2Ni7型和 Ce5Co19型相組成,其中主相為 2H-Ce2Ni7型相。替代量較低時有利于合金生成2H-Ce2Ni7型相,Y含量較多時有利于形成 3R-Gd2Co7型相。文獻(xiàn)[22]研究發(fā)現(xiàn)LaY2Ni10.5合金主要由3R-Gd2Co7、2H-Ce2Ni7及少量的3R-Ce5Co19和3R-PuNi3相組成。采用Mn部分替代合金中的Ni后,合金中的Ce2Ni7相豐度增加,而Gd2Co7相豐度減少,3R-Ce5Co19和3R-PuNi3兩相消失,由于Mn的原子半徑大于Ni的原子半徑,Ce2Ni7和Gd2Co7相的晶格參數(shù)和晶胞體積隨Mn替代量的增加而逐漸增大。而采用Mn、Al同時替代LaY2Ni10.5合金中的Ni時,隨替代量的增加,Gd2Co7相豐度升高,同時PuNi3相和Ce5Co19相減少[31]。文獻(xiàn)[35]采用Mn部分替代化學(xué)計量比為3.18的La5.42Y18.50Ni76.08合金中的Ni后,合金中的A2B7相逐漸向AB3相轉(zhuǎn)變。

對A2B7型La-Y-Ni合金的研究表明,采用Mn、Al元素部分替代Ni后合金的吸氫量明顯提高,由于含Mn合金的晶胞體積較大,導(dǎo)致合金更容易吸放氫,因此合金的吸放氫平臺壓力降低[35]。但該類型合金在吸放氫過程中會出現(xiàn)兩個平臺,如圖3所示,這與合金的相結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。針對合金出現(xiàn)兩個平臺的原因目前主要有兩種解釋:一種認(rèn)為該類型合金由兩個相組成[44],低平臺對應(yīng)晶胞體積較大而較容易吸氫的相,高平臺對應(yīng)晶胞體積較小而難吸氫的相,兩個相的吸放氫壓力不同導(dǎo)致出現(xiàn)兩個平臺。文獻(xiàn)[13]認(rèn)為,Gd2Co7相具有較大的晶胞體積,能夠?yàn)闅涮峁└嗟拇鎯﹂g隙,更容易吸/放氫因而表現(xiàn)出較低的吸/放氫平臺,其氫化物分解壓力約為0.01 MPa。具有較小晶胞體積的Ce2Ni7相氫化物的分解壓力約為0.04 MPa。由于Ce2Ni7的相豐度較高,因此平臺的寬度較寬。A2B7型合金的最大吸氫量達(dá)到1.48%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),對應(yīng)的電化學(xué)容量為397 mAh·g-1。多相結(jié)構(gòu)A5B19型合金的吸放氫平臺不平坦,反映了不同晶胞體積相的吸放氫特性。較低的平臺(氫化物分解壓力約為0.06 MPa)代表了單元體積較大的Ce5Co19型相的吸放氫特性。A5B19型合金儲氫量1.45%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))略低于A2B7型合金。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3532643