發(fā)布時(shí)間：2020-11-03 17:41

　　 本文對國內(nèi)外儲氫電極合金進(jìn)行了全面詳細(xì)的綜述,確定以理論容量遠(yuǎn)高于商業(yè)用稀土系合金的Ti-Al合金作為研究對象。本文首先通過懸浮熔煉法制備得到晶態(tài)的Ti3Al1-xNix(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.45)合金；然后采用球磨法將Ti3Al合金與過渡族金屬Ni粉或者Co、Fe粉進(jìn)行機(jī)械球磨,制備得到非晶態(tài)合金；最后通過將Ti3Al0.55Ni0.45與金屬Ni粉進(jìn)行球磨,制備得到非晶合金,改善合金的性能。通過采用XRD、SEM等分析方法以及恒電流充放電、電化學(xué)阻抗譜、線性極化和陽極極化等電化學(xué)測試方法,比較系統(tǒng)地研究了：(1)Ni替代Al元素對Ti3Al1-xNix鑄態(tài)合金相結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響；(2)Ni粉添加量和球磨時(shí)間對Ti3A1+xwt%Ni復(fù)合合金微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響,Co或Fe的添加對T13A1+200wt%M(M=Co、Fe)結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響；(3)Ni粉添加量和球磨時(shí)間對Ti3Al0.55Ni0.45+x wt%Ni復(fù)合合金微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響,添加少量氧化物Ti02、Mn02對Ti3Al0.55Ni0.45+200wt%Ni合金微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。 首先研究了Ni替代Al元素對懸浮熔煉法制備的Ti3Al1-xNix(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.45)合金相結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),利用Ni替代Al元素后,合金的放電容量顯著提高,當(dāng)x=0.45時(shí)合金的放電容量達(dá)到最大222mAh/g。同時(shí),隨著Ni替代量的增加,合金的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)電阻Rct逐漸減小,交換電流密度Io以及極限電流密度IL逐漸增加,Rct最小為1.156Ω,I0和IL最大分別達(dá)到64.9mA/g和1090mA/g。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),Ni替代Al元素后,合金中產(chǎn)生了二次相Ti2Ni,Ti2Ni相本身具有催化活性,同時(shí)二次相的產(chǎn)生伴隨產(chǎn)生了很多晶界,使得H的擴(kuò)散通道增多。這兩方面因素共同作用使得合金的放電容量增加,并且合金的動(dòng)力學(xué)性能提高。 對機(jī)械球磨Ti3Al-Ni復(fù)合體系的微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的研究表明：未添加Ni粉球磨后,Ti3Al合金不發(fā)生非晶態(tài)轉(zhuǎn)變,而添加Ni粉球磨后,Ti3Al合金由晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)。電化學(xué)測試表明未添加Ni粉的Ti3Al合金最大放電容量僅為100.7mAh/g當(dāng)添加Ni粉與合金進(jìn)行球磨之后,隨著Ni粉添加量的增加,合金最大放電容量先增加后減�。划�(dāng)Ni粉添加量為200wt%時(shí),合金最大放電容量達(dá)到最大值476.7mAh/g。對Ti3Al+200wt%Ni合金的進(jìn)一步研究表明,隨著球磨時(shí)間的增加,其最大放電容量先增加后減小�？傊�,Ni促進(jìn)了Ti-Al合金的非晶轉(zhuǎn)變,改善了合金的電化學(xué)性能,Ni粉的添加量和球磨時(shí)間對合金的電化學(xué)性能有顯著影響。Ti3Al+200wt%Co/Fe粉球磨90h后,合金非晶化程度較低,其最大放電容量以及動(dòng)力學(xué)性能均低于添加200wt%Ni球磨后的合金。 對機(jī)械球磨Ti3Al0.55Ni0.45-Ni復(fù)合體系的微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的研究分析表明：未添加Ni球磨時(shí),合金仍然是由Ti3Al和Ti2Ni相組成。當(dāng)添加Ni球磨后,Ti3Al和Ti2Ni的衍射峰全部消失,合金發(fā)生了非晶化轉(zhuǎn)變。電化學(xué)測試表明隨著Ni粉添加量的增加,合金的最大放電容量逐漸增加,當(dāng)Ni添加量為250wt%時(shí),合金放電容量達(dá)到最大498.7mAh/g。但添加250wt%Ni時(shí),合金的放電容量衰退較快,添加200wt%Ni球磨后合金的循環(huán)穩(wěn)定性較好。動(dòng)力學(xué)性能分析表明,添加200wt%Ni球磨后合金的高倍率放電性能最好,說明合金表面的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)速率以及H在合金內(nèi)的擴(kuò)散速率最快。綜合放電容量和動(dòng)力學(xué)性能,Ti3Al0.55Ni0.45+200wt%Ni球磨90h后的合金性能最優(yōu)。當(dāng)添加少量氧化物Ti02或MnO2球磨后,合金中仍然存在比較明顯的Ti3Al和Ti2Ni峰,合金未發(fā)生非晶化轉(zhuǎn)變,合金的放電容量提高較少。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：TG139.7
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第一章 緒論
    1.1 Ni/MH電池發(fā)展概況
    1.2 Ni/MH電池工作原理
    1.3 儲氫電極合金的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 稀土系儲氫電極合金的研究現(xiàn)狀
2型拉夫斯相儲氫電極合金'>        1.3.2 AB₂型拉夫斯相儲氫電極合金
        1.3.3 釩系固溶體型儲氫電極合金
        1.3.4 鎂系儲氫電極合金
        1.3.5 鈦系儲氫電極合金
            1.3.5.1 Ti-Fe系儲氫電極合金
            1.3.5.2 Ti-Cu系儲氫電極合金
            1.3.5.3 Ti-Al系儲氫電極合金
    1.4 本課題的研究目的及主要內(nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 合金成分的設(shè)計(jì)
    2.2 晶態(tài)和非晶樣品的制備
        2.2.1 晶態(tài)樣品的制備
        2.2.2 非晶態(tài)合金的制備
    2.3 合金的電化學(xué)性能測試
        2.3.1 合金電極的制備
        2.3.2 電化學(xué)測試裝置
        2.3.3 電化學(xué)性能測試的方法
    2.4 儀器分析
        2.4.1 X射線衍射（XRD）分析
        2.4.2 掃描電鏡（SEM）/能譜（EDS）分析
第三章 晶態(tài)Ti-Al儲氫電極合金結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能
3Al_1-xNi_x（x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.45）合金的相結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能'>    3.1 Ti₃Al_1-xNi_x（x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.45）合金的相結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能
        3.1.1 合金相結(jié)構(gòu)分析
        3.1.2 合金的電化學(xué)性能
            3.1.2.1 合金的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性
            3.1.2.2 高倍率放電性能（HRD）
            3.1.2.3 電化學(xué)阻抗譜（EIS）
            3.1.2.4 線性極化（LP）
            3.1.2.5 陽極極化（AP）
    3.2 本章總結(jié)
3Al-Ni系復(fù)合合金的制備及電化學(xué)性能'>第四章 Ti₃Al-Ni系復(fù)合合金的制備及電化學(xué)性能
3Al+x wt%Ni系合金的微結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能'>    4.1 Ti₃Al+x wt%Ni系合金的微結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能
        4.1.1 合金微結(jié)構(gòu)
        4.1.2 合金形貌
        4.1.3 合金電化學(xué)性能
            4.1.3.1 放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性
            4.1.3.2 合金的高倍率放電性能
            4.1.3.3 電化學(xué)阻抗譜
            4.1.3.4 線性極化
            4.1.3.5 陽極極化
3Al+200wt%Ni合金微結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響'>    4.2 球磨時(shí)間對Ti₃Al+200wt%Ni合金微結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
        4.2.1 合金微結(jié)構(gòu)
        4.2.2 合金形貌
        4.2.3 合金電化學(xué)性能
            4.2.3.1 放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性
            4.2.3.2 合金的高倍率放電性能
            4.2.3.3 電化學(xué)阻抗譜
            4.2.3.4 交換電流密度和極限電流密度
3Al+200 wt%M（Ni,Co,Fe）球磨90 h后合金微結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能'>    4.3 Ti₃Al+200 wt%M（Ni,Co,Fe）球磨90 h后合金微結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能
        4.3.1 合金微結(jié)構(gòu)
        4.3.2 合金電化學(xué)性能
            4.3.2.1 放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性
            4.3.2.2 合金的高倍率放電性能
            4.3.2.3 線性極化和陽極極化
    4.4 本章小結(jié)
3Al_0.55Ni_0.45-Ni系復(fù)合合金的制備及電化學(xué)性能'>第五章 Ti₃Al_0.55Ni_0.45-Ni系復(fù)合合金的制備及電化學(xué)性能
3Al_0.55Ni_0.45+x wt%Ni系合金的微結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能'>    5.1 Ti₃Al_0.55Ni_0.45+x wt%Ni系合金的微結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能
        5.1.1 合金微結(jié)構(gòu)
        5.1.2 合金電化學(xué)性能
            5.1.2.1 最大放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性
            5.1.2.2 合金的高倍率放電性能
            5.1.2.3 線性極化和陽極極化
3Al_0.55Ni_0.45+200 wt%Ni合金微結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響'>    5.2 球磨時(shí)間對Ti₃Al_0.55Ni_0.45+200 wt%Ni合金微結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
        5.2.1 合金微結(jié)構(gòu)
        5.2.2 合金形貌
        5.2.3 合金電化學(xué)性能
            5.2.3.1 放電容量
            5.2.3.2 合金的高倍率放電性能
            5.2.3.3 交換電流密度和極限電流密度
3Al_0.55Ni_0.45+200 wt%Ni合金微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響'>    5.3 氧化物對Ti₃Al_0.55Ni_0.45+200 wt%Ni合金微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響
        5.3.1 合金微結(jié)構(gòu)
        5.3.2 合金的放電容量
    5.4 本章總結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
3Al_1-xNi_x儲氫電極合金'>    6.1 Ti₃Al_1-xNi_x儲氫電極合金
3Al-Ni系非晶合金'>    6.2 Ti₃Al-Ni系非晶合金
3Al_0.55Ni_0.45-Ni系非晶合金'>    6.3 Ti₃Al_0.55Ni_0.45-Ni系非晶合金
    6.4 對今后工作的建議和展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡歷
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王爾德，方守獅，梁國憲，王曉林;機(jī)械合金化Mg－20wt％Ni的貯氫性能[J];材料科學(xué)與工藝;1994年03期

2 雷永泉;李洲鵬;陳長聘;吳京;王啟東;;貯氫電極材料與氫化物—鎳電池的進(jìn)展[J];材料科學(xué)與工程;1990年01期

3 周作祥,何春紅,王正平,王春明;吸氫電極[J];電池;1991年03期

4 陳朝暉,李歷歷,陳振華,黃培云;包覆納米晶鎳的ZrCrNi合金的電化學(xué)活性[J];電池;1999年01期

5 張?jiān)适?負(fù)極貯氫合金材料[J];電源技術(shù);1996年01期

6 黃澤培;邱光漢;黃源振;;用機(jī)械合金化方法制取非晶態(tài)Cu-Ti合金[J];粉末冶金技術(shù);1992年02期

7 肖學(xué)章;陳長聘;王新華;陳立新;高林輝;王麗;杜樹立;;非晶Mg-Fe復(fù)合物的機(jī)械球磨制備及其電化學(xué)儲氫特性[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);2006年01期

8 蔣威;陳立新;鄭小騰;葛紅衛(wèi);劉飛燁;肖學(xué)章;雷永泉;;新型Ti-Cu-Ni基儲氫合金的非晶化制備與電化學(xué)性能[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2008年05期

9 馮旭東;袁慶龍;曹晶晶;蘇志俊;;TiAl基合金研究進(jìn)展[J];航天制造技術(shù);2009年03期

10 王仲民,彭成紅,歐陽柳章,李祖鑫,朱敏;納米化對Mg_2Ni/MmNi_(5-x)(CoAlMn)_x復(fù)合儲氫合金電極特性的影響[J];金屬學(xué)報(bào);2002年02期

本文編號：2868890