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钒基固溶体型贮氢合金由于其贮氢容量高、吸放氢速度快、可在室温下吸放氢等优点而具有广阔的发展前途。其最具前景的应用是制作镍氢二次电池的负极材料。V3TiNi0.56是己筛选出的三元钒基贮氢合金之一,但目前主要由于循环寿命短、合金的制备成本高而限制了其应用。本文用自蔓延高温合成法进行了V3TiNi0.56M(M=Al,Cr;x=0,0.1,0.3)合金的较低成本制备。论文研究了V3TiNi0.56M(M=Al,Cr;x=0.1,0.3)的组织结构、吸放氢性能、电化学性能以及耐碱液腐蚀性能及其Al、Cr的影响。本论文得到了以下的研究结果:
1.自蔓延高温合成法制备的V3TiNi0.56Alx(x=0.1,0.3)合金由V基固溶体相、TiNi相和AlV3相构成,合金元素Al主要分布在晶界,而V3TiNi0.56Crx(x=0,0.1,0.3)合金由V基固溶体相和TiNi相组成,Cr元素也主要分布在晶界。
2.V3TiNi0.56Mx(M=Al、Cr,x=0.1,0.3)贮氢合金有较好的吸放氢性能,但随Al、Cr含量的增加,合金的吸氢量降低、平台压力升高、平台倾斜度增加。
3.V3TiNi0.56添加合金元素Al、Cr后,氢的扩散系数按依次减小排列为:V3TiNi0.56Al0.1>V3TiNi0.56>V3TiNi0.56Al0.3;V3TiNi0.56Cr0.3>V3TiNi0.56>V3TiNi0.56Cr0.1。
4.V3TiNi0.56Mx(M=Al、Cr,x=0,0.1,0.3)合金均在第一次充放电循环后达到最大放电容量。随循环次数的增加,合金放电容量逐渐衰减。V3TiNi0.56合金中添加元素Al、Cr,能有效抑制合金容量的快速衰减,提高合金的循环稳定性。但是Al、Cr的添加降低了合金的最大放电容量。
5.钒基贮氢合金与KOH电解液接触时,在合金表面形成腐蚀微电池,引起合金在碱液中的晶间腐蚀。
6.随Al、Cr含量的增加,V3TiNi0.56Mx(M=Al、Cr;x=0.1,0.3)合金在KOH溶液中的腐蚀电位正移,同时合金在溶液中全浸腐蚀的质量损失率减小,合金的耐碱液腐蚀能力提高。
7.主要分布在晶界的Al、Cr元素均能抑制晶界中V、Ti的脱溶和氧化,阻碍合金在充放电过程中的晶界断裂,使晶界的网状结构能够保持完好,从而提高合金的耐碱液腐蚀性能。