稀土-鎂-鎳基儲氫合金的相結構與電化學性能研究
發(fā)布時間：2021-07-22 22:12
近些年來,隨著新能源汽車的快速發(fā)展,鎳氫動力電池以其高安全性而倍受青睞。RE-Mg-Ni基儲氫合金作為鎳氫動力電池的關鍵材料之一,也已然成為研究的熱點課題。本文研究了A5B19型和AB4型La-Sm-Mg-Ni基儲氫合金的相結構和電化學性能,期待能為鎳氫動力電池提供具有優(yōu)異綜合電化學性能的電極材料。通過感應熔煉的方法制備了La-Sm-Mg-Ni-Al基合金,研究了第二相對A5B19型合金的電化學性能的影響。結果表明,與Pr5Co19單相合金相比,含有少量Ce5Co19第二相時,合金電極的最大放電容量升高,高倍率性能和低溫性能下降。當Ce5Co19為主相含有Pr5Co19第二相時,合金電極的HRD900從57.2%升高至59.8%,在-40℃時合金電極的電容量從194.1 mAh/g增...
【文章來源】：燕山大學河北省
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鎳氫電池工作原理示意圖
第1章緒論7新型稀土-鎂-鎳基儲氫合金屬于稀土-鎳基合金的一部分。這類合金的結構獨特，具有獨特的超堆垛結構。因其獨特的超堆垛結構，使這類合金受到了越來越多的關注。這類合金的B/A在3-5之間的：可分為AB3，A2B7，A5B19型。關于稀土-鎂-鎳基合金的相關研究進展，會在接下來的小節(jié)中做更詳細的匯報。1.4RE-Mg-Ni系儲氫合金基本理論在過去的十幾年中，RE-Mg-Ni系合金因其高能量和高功率的特點被當做最具應用前景的熱門的負極材料。研究人員開始對RE-Mg-Ni系合金進行了系統(tǒng)而大量的工作，從而開發(fā)更為實用的Ni-MH電池材料[42-47]。目前，被產品化的La–Mg–Ni系合金電極，取得了較為喜人的結果：日本FDK株式會社制造生產的具有長壽命（>6000次）的消費電池，以及川崎重工生產的具有大容量、高功率供給工業(yè)使用的固定式電池[43]。與此同時，隨著人們對電池需求增加，使得RE–Mg–Ni系合金將會受到越拉越多的研究和關注。1.4.1RE-Mg-Ni系貯氫合金結構由于成分和結構的不同，在儲氫容量、活化和放電容量、穩(wěn)定性等方面，每種合金所表現(xiàn)出來的性能也大有不同。圖1-2稀土-鎂-鎳系（RE-Mg-Ni系）合金結構示意[53]儲氫合金可視為由A和B側元素組合而成，而且還發(fā)現(xiàn)這兩類元素對氫的親和
燕山大學工程碩士學位論文8力有所不同，分為正親和力，和負親和力。由于B/A比例的不同，超堆垛結構RE-Mg-Ni系合金主要可分為AB3型、A2B7型和A5B19型，最新研究發(fā)現(xiàn)AB4[48-51]型和A7B23[52]型。由于[A2B4]（Laves相）亞單元的有兩種不同的類型，分別是C14型（六方結構）和C15型（面心立方結構）。故不同類型的相結構都有兩個異構體，分別為2H（六角形結構）和3R（菱面形結構）[54-57]。如圖1-2所示，RE-Mg-Ni基合金特殊的超堆垛結構，是由[AB5]亞單元（CaCu5結構）和[A2B4]亞單元（Laves相結構）沿著c軸的方向進行周期式的排列而堆垛起來的[58]。1.4.2RE-Mg-Ni基貯氫合金電極的電化學性能電極所發(fā)生的氫化和脫氫，其涉及一系列的反應和物質傳輸[58,59]，如圖1-3所示。從1-3的示意圖中，很明顯參與電極反應的氫來源就是電池的電解質。合金開始吸收氫的同時，固相界面此時發(fā)生了水的分解反應，生成了H(ad)和OH–，然后H(ad)與合金反應生成了氫化物M-H(ad)，氫被吸收后，會擴散到合金的體內，與合金形成α相的固溶體相。反應不斷地進行，氫的濃度越來越高，使固溶體α逐漸向金屬氫化物的方向轉化。圖1-3氫化物形成/分解過程示意圖在氫化過程中，吸氫電極發(fā)生如下反應步驟[60]：①通過液相傳質，H2O擴散至電池負極的表面H2ObH2Os→(1-3)上式中，b、s分別代表液相本體和電極表面。②電極表面的電荷轉移H2Os+eHad+OH→csaKK(1-4)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]先進鎳氫電池及其關鍵電極材料[J]. 陳云貴,周萬海,朱丁. 金屬功能材料. 2017(01)
[2]稀土元素在儲氫材料中的應用進展[J]. 張懷偉,鄭鑫遙,劉洋,田曉,李星國. 中國稀土學報. 2016(01)
[3]稀土-鎂-鎳基貯氫電極合金的研究進展[J]. 黃理,劉永鋒,李瑞,高明霞,潘洪革. 稀有金屬材料與工程. 2012(03)
[4]AB2型Laves相貯氫合金的研究進展[J]. 張羊換,王國清,董小平,郭世海,任江遠,王新林. 金屬功能材料. 2005(04)
博士論文
[1]2H和3R型RE-Mg-Ni基貯氫合金的相結構和電化學性能[D]. 趙雨萌.燕山大學 2018
碩士論文
[1]La-Mg-Ni系AB3.5型和AB3型貯氫合金貯氫性能和動力學的研究[D]. 魏偉.蘭州理工大學 2005
本文編號：3298008
【文章來源】：燕山大學河北省
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鎳氫電池工作原理示意圖
第1章緒論7新型稀土-鎂-鎳基儲氫合金屬于稀土-鎳基合金的一部分。這類合金的結構獨特，具有獨特的超堆垛結構。因其獨特的超堆垛結構，使這類合金受到了越來越多的關注。這類合金的B/A在3-5之間的：可分為AB3，A2B7，A5B19型。關于稀土-鎂-鎳基合金的相關研究進展，會在接下來的小節(jié)中做更詳細的匯報。1.4RE-Mg-Ni系儲氫合金基本理論在過去的十幾年中，RE-Mg-Ni系合金因其高能量和高功率的特點被當做最具應用前景的熱門的負極材料。研究人員開始對RE-Mg-Ni系合金進行了系統(tǒng)而大量的工作，從而開發(fā)更為實用的Ni-MH電池材料[42-47]。目前，被產品化的La–Mg–Ni系合金電極，取得了較為喜人的結果：日本FDK株式會社制造生產的具有長壽命（>6000次）的消費電池，以及川崎重工生產的具有大容量、高功率供給工業(yè)使用的固定式電池[43]。與此同時，隨著人們對電池需求增加，使得RE–Mg–Ni系合金將會受到越拉越多的研究和關注。1.4.1RE-Mg-Ni系貯氫合金結構由于成分和結構的不同，在儲氫容量、活化和放電容量、穩(wěn)定性等方面，每種合金所表現(xiàn)出來的性能也大有不同。圖1-2稀土-鎂-鎳系（RE-Mg-Ni系）合金結構示意[53]儲氫合金可視為由A和B側元素組合而成，而且還發(fā)現(xiàn)這兩類元素對氫的親和
燕山大學工程碩士學位論文8力有所不同，分為正親和力，和負親和力。由于B/A比例的不同，超堆垛結構RE-Mg-Ni系合金主要可分為AB3型、A2B7型和A5B19型，最新研究發(fā)現(xiàn)AB4[48-51]型和A7B23[52]型。由于[A2B4]（Laves相）亞單元的有兩種不同的類型，分別是C14型（六方結構）和C15型（面心立方結構）。故不同類型的相結構都有兩個異構體，分別為2H（六角形結構）和3R（菱面形結構）[54-57]。如圖1-2所示，RE-Mg-Ni基合金特殊的超堆垛結構，是由[AB5]亞單元（CaCu5結構）和[A2B4]亞單元（Laves相結構）沿著c軸的方向進行周期式的排列而堆垛起來的[58]。1.4.2RE-Mg-Ni基貯氫合金電極的電化學性能電極所發(fā)生的氫化和脫氫，其涉及一系列的反應和物質傳輸[58,59]，如圖1-3所示。從1-3的示意圖中，很明顯參與電極反應的氫來源就是電池的電解質。合金開始吸收氫的同時，固相界面此時發(fā)生了水的分解反應，生成了H(ad)和OH–，然后H(ad)與合金反應生成了氫化物M-H(ad)，氫被吸收后，會擴散到合金的體內，與合金形成α相的固溶體相。反應不斷地進行，氫的濃度越來越高，使固溶體α逐漸向金屬氫化物的方向轉化。圖1-3氫化物形成/分解過程示意圖在氫化過程中，吸氫電極發(fā)生如下反應步驟[60]：①通過液相傳質，H2O擴散至電池負極的表面H2ObH2Os→(1-3)上式中，b、s分別代表液相本體和電極表面。②電極表面的電荷轉移H2Os+eHad+OH→csaKK(1-4)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]先進鎳氫電池及其關鍵電極材料[J]. 陳云貴,周萬海,朱丁. 金屬功能材料. 2017(01)
[2]稀土元素在儲氫材料中的應用進展[J]. 張懷偉,鄭鑫遙,劉洋,田曉,李星國. 中國稀土學報. 2016(01)
[3]稀土-鎂-鎳基貯氫電極合金的研究進展[J]. 黃理,劉永鋒,李瑞,高明霞,潘洪革. 稀有金屬材料與工程. 2012(03)
[4]AB2型Laves相貯氫合金的研究進展[J]. 張羊換,王國清,董小平,郭世海,任江遠,王新林. 金屬功能材料. 2005(04)
博士論文
[1]2H和3R型RE-Mg-Ni基貯氫合金的相結構和電化學性能[D]. 趙雨萌.燕山大學 2018
碩士論文
[1]La-Mg-Ni系AB3.5型和AB3型貯氫合金貯氫性能和動力學的研究[D]. 魏偉.蘭州理工大學 2005
本文編號：3298008
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