Si对La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金相结构与电化学性能影响的研究

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La-Mg-Ni系合金电极具有高的放电容量及优良的吸放氢动力学特性,是极具希望的新一代高容量贮氢电极材料,但其电化学循环稳定性差限制了其商业化的应用。如何提高合金电极的循环稳定性是该类合金目前应用研究的关键问题。以La-Mg-Ni系A2B7型贮氢合金La0.75Mg0.25Ni3.1-xCo0.3Al0.1Six(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)为研究对象,采用真空中频感应炉熔炼,并且对其进行退火处理,利用X射线衍射分析了合金的相组成及相结构,采用电化学测试系统测试了合金电极的电化学性能与动力学特性,用P-C-T曲线测试仪测试铸态及退火态合金的气态吸氢曲线。研究了Si元素替代Ni对La-Mg-Ni系A2B7型贮氢合金的相结构和电化学性能的影响:结构分析表明,合金都具有多相结构,包含LaNi5和(La,Mg)Ni3主相及少量LaNi2和Al3Ni相,随着Si替代量的增加,合金中(La,Mg)Ni3相减少,LaNi5相增加,且LaNi5相的晶胞体积先增大后减小。合金具有良好的活化性能,Si替代Ni后,合金吸放氢平台压降低,导致合金电极的放电容量降低,合金电极的循环稳定性在适量的Si替代后得到改善。合金电极的电化学阻抗、极限电流密度、氢扩散系数随着Si替代量的增加先增大后减小,证实了所测试合金的高倍率放电性能随着Si含量的增加的变化,说明合金电极的动力学性能随着Si替代量的增加先提高后降低。考察了退火处理对合金La0.75Mg0.25Ni3.1-xCo0.3Al0.1Six(x=00.2)相结构和电化学性能的影响:退火处理后,合金中(La,Mg)Ni3相消失,主相为LaNi5相。合金退火后活化性能依然良好,在适宜的退火温度下合金La0.75Mg0.25Ni3.1-xCo0.3Al0.1Six(x=00.15)的放电容量增大,而合金La0.75Mg0.25Ni3.1-xCo0.3Al0.1Six(x=0.2)经退火处理后放电容量下降,退火后合金电极的循环稳定性得到改善。合金不含Si和Si含量为x=0.15和0.2时适宜温度的退火处理可以提高合金的高倍率放电性能,而在合金Si含量为x=0.05和0.1时,退火处理不利于改善合金的高倍率放电性能。探索了La-Mg-Ni系A2B7型合金La0.75Mg0.25Ni3.1-xCo0.3Al0.1Six(x=0,0.1)的气态吸氢动力学性能:合金具有较好的初始吸氢速率,温度升高合金的吸氢量提高,Si替代Ni使合金晶粒减小,致使容纳氢原子的间隙减少,不利于合金的吸氢,适宜温度的退火处理在一定程度上提高了合金的吸氢量,但含Si的合金在退火处理后吸氢量提高幅度不大。
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