试论电化学稀土—镁—镍系A_2B_7型储氢合金结构和电化学性能

论文导读：同的变化规律。在Ce2Ni7型单胞结构中,Mg原子仅仅分布在Les单元。合金的储氢和电化学性能探讨表明,合金在Mg含量较低时容易氢致非晶化,合金电极放电容量较低,循环稳定性非最差；随着合金中Mg含量的提升,氢致非晶化现象消失,电极合金具有最佳的储氢和综合电化学性能；继续增多合金Mg含量时,尤其PuNi3型物相出现后,会明显恶化合
摘要：本论文确定从着力改进La-Mg-Ni系Ce2Ni7型储氢合金循环稳定性作为探讨目标,首先对Ce2Ni7型三元La-Mg-Ni储氢合金进行本征储氢和电化学行为探讨,随后采取稀土元素和Mg元素进行A位替代,提升Ce2Ni7型合金电极的综合电化学性能,尤其循环稳定性和高倍率放电性能。在元素替代的基础上,发现Pr、Nd、 Y、Sm、Gd元素的加入及搭配合适的Mg含量使La-Mg-Ni系A287型(Ce2Ni7型)合金具有优良的综合电化学性能,其中尤从含Gd合金性能最佳。据此本论文又从低镁含量下含稀土R元素的A2B7型合金为探讨对象,体系探讨了Gd等稀土元素及Ce2Ni7型相结构对合金氢化物的影响规律,分析合金电极电化学容量衰退规律,阐明Gd等稀土元素合金化意义机制,揭示La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金具有更佳电化学性能的本征特性。本论文从La1-xMgxNi3.5合金为探讨开端,体系地探讨了Ce2Ni7型三元La-Mg-Ni合金的储氢与电化学性能。探讨结果表明,严格制约气氛下长时间的热处理退火可从得到Ce2Ni7型物相丰度较高的合金,称其为Ce2Ni7型合金。La端原子尺寸的大小与Ce2Ni7型相结构稳定性联系密切,La端原子半径较小时,易导致Ce2Ni7型结构不稳定；La端原子半径较大时,低镁含量下得到Ce2Ni7型合金,但易导致氢致非晶现象。Ce2Ni7型三元La-Mg-Ni合金吸氢后导致各向同性膨胀,氢原子在Ce2Ni7型结构中重新分布,Les单元为该类型合金吸放氢时颗粒粉化的薄弱环节。Ce2Ni7型三元La-Mg-Ni合金电极的本征的最大放电容量Cmax较低,充放电动力学性能较差。合金电极的循环稳定性S1oo维持在80%左右,主要理由是合金氢致非晶和合金颗粒的粉化。对于Ce2Ni7型合金,体系探讨稀土元素的引入及Mg含量对合金相结构及电化学性能的影响规律。结果表明,从La0.83Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1为母合金,当用稀土部分替代La从改进合金电极的综合电化学性能时,应首选Pr、Nd、Y、Sm和Gd元素。其中,综合电化学性能最佳合金为La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Ci0.3Al0.1,其电化学性能参数分别是最大放电容量389.94mAh/g,循环寿命达到92.5%。由于稀土元素的引入,合金电极的动力学性能得到显著改进,主要体现为电极表面电荷转移反应速率和氢在合金体相中扩散速率双双增大,而合金表面电催化活性的改进是电极表面电荷转移反应速率增大的重要理由。Mg含量对A2B7型(Ce2Ni7型)合金结构、氢化性能和电化学性能有重要影响。从La0.8-xGd0.2MgxNi3.1Co0.3Al0.1为探讨合金,低镁含量有利于提升合金组织中Ce2Ni7型相丰度,高镁含量易出现大量的CaCu5型和PuNi3型相。由于Mg原子的尺度因素,Ce2Ni7型物相逐渐改变为Gd2Co7型物相。而后随着合金中Mg含量的进一步增加,A2B7型相被分解为PuNi3型相和CaCu5型相。A2B7型和PuNi3型单胞结构由于Les结构单元和CaCu5结构单元的比例不同,随Mg含量的增多,合金的微结构体现出不同的变化规律。在Ce2Ni7型单胞结构中,Mg原子仅仅分布在Les单元。合金的储氢和电化学性能探讨表明,合金在Mg含量较低时容易氢致非晶化,合金电极放电容量较低,循环稳定性非最差；随着合金中Mg含量的提升,氢致非晶化现象消失,电极合金具有最佳的储氢和综合电化学性能；继续增多合金Mg含量时,尤其PuNi3型物相出现后,会明显恶化合金电极综合电化学性能。综合合金电极的最大放电容量、活化性能、循环寿命和动力学特性,Mg含量在0.1-0.2之间时,合金的综合电化学性能优异。通过体系探讨A端稀土元素替代对低镁含量Ce2Ni7型La-R-Mg-Ni系典型合金结构和电化学性能的影响,阐明了稀土R元素的意义机制。La0.63R0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金与三元Ce2Ni7型La0.83Mg0.17Ni3.5母合金相比,稀土R元素的引入没有影响Ce2Ni7型合金相结构的稳定性；合金气态吸放氢测试表明,稀土R元素的引入产生了从下变化：第一,合金的可逆吸放氢含量增多；第二,合金吸放氢循环历程中抑制了非晶化现象和合金成分的歧化意义；第三,合金氢化的机制先由各向同性变为各向异性,最终变为各向同性；第四,R元素的引入能有效改进合金单胞中Les结构单元的体积膨胀,以而导致含R合金要比母合金吸氢后的粉化大为减轻。在电化学循环历程中,含Gd合金所受腐蚀程度最低。相对于其他合金,La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金电极具有最佳循环寿命的主要理由是在气论文导读：Ni_7型结构论文电化学性能论文本论文由www.7ctime.com,需要可从关系人员哦。摘要8-10Abstract10-12第1章绪论12-311.1引言121.2Ni/MH电池的进展概况12-131.3Ni/MH电池的工作原理13-151.4储氢合金电极失效基本论述15-161.5储氢电极合金探讨近况16-1
态吸放氢及电化学循环历程中氢致非晶、粉化及电化学腐蚀程度最轻。关键词：储氢合金论文La-Mg-Ni系论文元素替代论文Ce_2Ni_7型结构论文电化学性能论文
本论文由www.7ctime.com,需要可从关系人员哦。摘要8-10
Abstract10-12
第1章 绪论12-31

1.1 引言12

1.2 Ni/MH电池的进展概况12-13

1.3 Ni/MH电池的工作原理13-15

1.4 储氢合金电极失效基本论述15-16

1.5 储氢电极合金探讨近况16-19

1.5.1 稀土系AB_5型电极合金16-17

1.5.2 AB_2型Les相电极合金17

1.5.3 其他新型高容量电极合金17-18

1.5.4 R-Mg-Ni稀土系储氢合金18-19

1.6 La-Mg-Ni系储氢合金文献综述19-30

1.6.1 La-Ni二元合金相图19-20

1.6.2 La-Ni二元合金的结构特征极为储氢性能20-21

1.6.3 La-Mg-Ni系AB_(3.0-3.8)型储氢合金探讨现状21-30

1.6.3.1 La-Mg-Ni系AB_n型储氢合金的制备和结构特性22-25

1.6.3.2 高容量长寿命型R-Mg-Ni系AB_n型储氢合金25-29

1.6.3.3 低自放电型R-Mg-Ni系AB_n型储氢合金29-30

1.7 本论文的探讨思路及主要探讨内容30-31

第2章 实验办法31-42

2.1 储氢合金的成分设计及样品制备31-32

2.

1.1 合金成分设计31

2.

1.2 合金样品制备31-32

2.2 储氢合金结构分析32-35

2.1 XRD相结构分析32

2.2 Rietveld结构精修32-34

2.3 合金微观组织及成分分析34-35

2.3 储氢合金的氢化性能测试35-37

2.3.1 P-C-T曲线测试35-37

2.3.2 气态吸放氢循环的测试37

2.4 合金电极的电化学性能测试37-42

2.4.1 储氢合金电极的制作37-38

2.4.2 电化学测试装置38

2.4.3 电化学性能测试办法38-42

第3章 A_2B_7型(La,R)_(0.83)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.12)储氢合金的结构和电化学性能的探讨42-71
3.1 La_(0.83-x)R_xMg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)(R=Nd,Y,Sm；x=0.0-0.6)合金相结构与电化学性能43-55
3.

1.1 合金相结构43-51

3.

1.2 合金电极的活化特性及循环稳定性51-55

3.2 La_(0.63)R_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)(R.La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Y Sc)合金的相结构与电化学性能55-65
3.

2.1 合金相结构55-60

3.

2.2 电极合金的活化性能及循环稳定性60-62

3.

2.3 合金电极的动力学性能62-65

3.

2.3.1 合金电极的高倍率性能62

3.

2.3.2 合金电极的电化学反应动力学62-65

3.3 Lao_(0.43)R_(0.2)Gd_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)(R=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd,Yb,Y)合金结构与电化学性能65-70

3.1 合金相结构65-68

3.2 合金电极的循环稳定性68-70

3.4 本章小节70-71

第4章 Mg含量对A_2B_7型La_(0.8-x)Gd_(0.2)Mg_xNi_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)储氢合金结构与电化学性能的影响探讨71-92
4.1 La_(0.8-x)Gd_(0.2)Mg_xNi_(

3.1)C0_(0.3)Al_(0.1)(x=0.0～0.5)合金结构71-82

4.

1.1 合金的成分制约71-72

4.

1.2 常规退火合金的相结构72-76

4.

1.3 密闭退火168h的合金相结构76-82

4.2 La_(0.8-x)Gd_(0.2)Mg_xNi_(3.1)C0_(0.3)Al_(0.1)(x=0.1-0.5)合金的储氢性能82-84
4.3 La_(0.8-x)Gd_(0.2)Mg_xNi_(3.1)C0_(0.3)Al_(0.1)(x=0.0-0.5)合金电极电化学性能84-91
4.

3.1 合金电极活化性能84-86

4.

3.2 合金电极循环稳定性86-87

4.

3.3 合金电极的动力学性能87-91

4.

3.1 合金电极高倍率放电性能87

4.

3.2 合金电极交换电流密度87-88

4.3.3.3 合金电论文导读：合金电化学循环稳定性的探讨103-1206.1合金结构103-1086.2合金电极的电化学容量衰退规律108-1096.3合金吸放氢特性109-1156.3.1La_(0.63)R_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)(R=La,Ce,Pr,Nd,YSm,Gd)电化学PCT曲线109-1116.3.2合金氢化物的结构稳定性探讨及粉化分析111-1156.4合金电极腐蚀行为分析115-1196.4.1
极氢扩散动力学及阳极极化88-90
4.

3.4 合金电极Tafel曲线90-91

4.4 本章小节91-92
第5章 A_2B_7型(La,Mg)_2Ni_7合金的结构及气态和电化学储氢性能探讨92-103

5.1 合金成分设计92-93

5.2 合金结构93-97

5.3 合金氢化特性97-100

5.4 La_(1-x)Mg_xNi_(

3.5)合金电极的电化学性能100-101

5.

4.1 电极活化性能100-101

5.

4.2 合金电极循环寿命101

5.5 本章小结101-103
第6章 稀土元素R部分替代对提升低镁含量(R,Mg)_2Ni_7基储氢合金电化学循环稳定性的探讨103-120

6.1 合金结构103-108

6.2 合金电极的电化学容量衰退规律108-109

6.3 合金吸放氢特性109-115

6.3.1 La_(0.63)R_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)(R=La,Ce,Pr,Nd,Y Sm,Gd)电化学PCT曲线109-111
6.

3.2 合金氢化物的结构稳定性探讨及粉化分析111-115

6.4 合金电极腐蚀行为分析115-119
6.

4.1 合金电极表面腐蚀行为115-117

6.

4.2 合金电极电化学阻抗分析117-119

6.5 结论119-120
第7章 总结与展望120-123

7.1 本论文结论120-122

7.2 探讨展望122-123

参考文献123-134
致谢134-135
附录A 攻读博士学位期间发表或接受的论文135