新型含镁贮氢合金的结构和贮氢性能研究

摘要

本文在全面综述国内外La-Mg-Ni系贮氢合金和Mg基非晶贮氢合金的研究进展基础之上，确定以AB<,3.5>型La-Mg-Ni系贮氢合金及Mg<,63>Ni<,22>Pr<,15>块体非晶合金为研究对象，采用XRD(Rietveld)、SEM、DSC、PCT、恒电流充放电等材料结构、气态贮氢性能和电化学性能的分析测试方法，研究了元素替代对AB<,3.5>型La-Mg-Ni系贮氢合金的相结构、电化学性能的影响和温度对电化学性能的影响及Mg<,63>Ni<,22>Pr<,15>金属玻璃的结构、氢化效应和贮氢性能，力求得到一些关于新型含镁贮氢合金电化学性能及氢化行为的基本规律，为此类贮氢合金的进一步研究打下基础。研究表明： 1．La<,0.7>Mg<,0.3>Ni<,3.5-x>M<,x>合金由CaCu<,5>型LaNi<,5>相、AuBe<,5>型LaMgNi<,4>相和PuNi<,3>型相构成，元素替代增加了LaNi<,5>相的含量，降低了LaMgNi<,4>相的含量；元素替代显著提高了合金的放电容量，Mn元素替代有利于合金在常温下的放电容量，而Cu元素则有利于合金在高温下的放电容量：在常温和高温下，LaL<,0.7>Mg<0.3>Ni<,3.5>合金有很好的高倍率放电性能(HRD<,1200>在72.087％以上)；Al元素替代有利于改善合金的循环稳定性；元素替代和温度对合金的电化学性能影响较大，几种合金的综合性能有待进一步研究提高。 2．La<,0.7>Mg<,0.3>Ni<,2.8>Co<,0.5>Fe<,0.2>合金由CaCu<,5>型LaNi<,5>相、AuBe<,5>型LaMgNi<,4>相和PuNi<,3>型LaMg<,2>Ni<,9>相构成；B元素的掺入使合金由CaCu<,5>型相、AuBe<,5>型LaMgNi<,4>相、PuNi<,3>型LaMg<,2>Ni<,9>相和LaCo<,4>B相四相构成，产生了新相；随着温度的升高La<,0.7>Mg<,0.3>Ni<,2.8>Co<,0.5>Fe<,0.2>合金的放电容量从312mAh/g降至247.4mAh/g，B元素的掺入大幅度降低了合金的放电容量(常温下只有230.3mAh/g)；高温有利于两种合金的大电流放电；B元素的掺入显著地改善了合金在常温和高温下的循环稳定性(S<,72>分别为70.777％、71.69％)。 3．利用块体非晶合金的高贮氢量、耐腐蚀性和高玻璃形成能力，将Mg<,63>Ni<,22>Pr<,15>合金采用熔体急冷法制备成非晶薄带，首次采用P-C-T、恒流充放电等贮氢性能测试方法研究了Mg<,63>Ni<,22>Pr<,15>金属玻璃的氢化效应及贮氢性能。结果表明：在313K和373K下，合金的吸、放氢容量分别为0.38wt.％、0.14wt.％；Mg<,63>Ni,22>Pr<,15>金属玻璃氢化后仍为单一的玻璃相，晶胞峰变宽并向小角度偏移，氢化将非晶合金的玻璃转变温度T<,g>、开始晶化温度T<,x>和晶化温度T<,p>的值从440K、470K、499K提高到550K、570K、577K，显著增强了合金的热稳定性；在298K下进行充放电循环，最大放电容量只有28.8mAh/g，具有良好的活化性能和循环稳定性(S<,75>=69.44％)。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2贮氢电极合金材料的研究进展

1.2.1 AB5型稀土系贮氢合金

1.2.2 AB2型Laves相贮氢合金

1.2.3 AB型Ti-Fe系贮氢合金

1.2.4 A2B型Mg基贮氢合金

1.2.5 V基固溶体型贮氢合金

1.3新型含镁贮氢合金的研究进展

1.3.1 La-Mg-Ni系贮氢合金的研究进展

1.3.2镁基非晶贮氢合金的研究现状

1.4问题的提出与本文研究的主要内容

第二章实验方法

2.1合金的制备

2.1.1 AB3.5型La-Mg-Ni系贮氢合金的制备

2.1.2镁基金属玻璃Mg63Ni22Pr15的制备

2.2结构及表面分析

2.2.1 XRD分析

2.2.2 Rietveld拟合分析

2.2.3金相分析

2.2.4 SEM分析

2.2.5 DSC分析

2.3合金的贮氢性能测试

2.3.1电化学性能测试

2.3.2气态P-C-T测试

第三章La0.7Mg0.3Ni3.5-xMx贮氢合金的结构和电化学性能研究

3.1合金的相结构

3.2电化学性能

3.2.1合金活化性能及放电容量

3.2.2高倍率放电性能

3.2.3循环稳定性

3.3高温特性

3.3.1高温对合金活化性能及放电容量的影响

3.3.2高温对合金高倍率放电性能的影响

3.3.3高温对合金循环稳定性能的影响

3.3.4电化学P-C-T性质

3.4本章小结

第四章La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5Fe0.2Bx贮氢合金的结构和电化学性能研究

4.1合金的相结构

4.2电化学性能

4.2.1温度对活化性能及放电容量的影响

4.2.2温度对高倍率放电性能的影响

4.2.3温度对循环稳定性的影响

4.2.4电化学P-C-T性质

4.3本章小结

第五章Mg63Ni22Pr15金属玻璃的氢化效应与贮氢性能研究

5.1合金的结构

5.2合金的气态贮氢性能

5.3氢化对合金结构的影响

5.4合金的电化学贮氢性能

5.5本章小结

第六章结论

6.1 La0.7Mg0.3Ni3.5-xMx贮氢合金的结构和电化学性能研究

6.2 La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5Fe0.2Bx贮氢合金的结构和电化学性能研究

6.3 Mg63Ni22Pr15金属玻璃的氢化效应与贮氢性能研究

6.4对今后工作的建议

致 谢

参考文献

攻读硕士期间主要发表论文