热碱处理和稀土氧化物对La-Mg-Ni系A_2B_7型合金电极性能的影响

【摘要】本文研究对象为La0.64Gd0.2Mg0.16Ni3.1Co0.3Al0.1储氢合金,通过高频真空熔炼炉制备,采用热碱和添加剂对其处理,用XRD、SEM、XPS、ICP、振动样品磁力计和电池性能测试仪分别对合金粉结构形貌、表面组成状态、合金成分、饱和磁化强度以及合金电极的电化学性能进行测试。本文研究合金颗粒大小,热碱时间,微米氧化镱添加量对电极性能的影响。颗粒大小对电极的放电容量有明显影响,而且放电电流密度越大,影响越显著,电极的高倍率随着颗粒尺寸的减小而增大,循环寿命整体随颗粒的增大呈延长趋势。由于颗粒越小,质量比表面积越大,参加化学反应面积多更容易腐蚀,随着合金颗粒的减小合金电极的腐蚀电流增大,耐腐蚀性减弱,交换电流密度随着颗粒的减小逐渐减小,极化电阻呈增大趋势。从合金电极的综合性能来看,最佳合金颗粒大小为300-500目。在此基础上研究了热碱时间对电极性能的影响,研究结果表明,热碱处理可使退火合金表面的Mg、Al、La和Ni元素发生不同程度的溶解析出或氧化,随处理时间增加,合金饱和磁化强度呈先增大后减小的趋势。当处理时间为15min时,合金表面可形成较多的富Ni层,其饱和磁化强度达到最大值0.808emu/g;当热碱处理时间大于15min后,随处理时间延长,此时富Ni层被氧化的倾向逐渐增大,同时表面形成稀土氧化物,导致合金饱和磁化强度逐渐减小。电化学性能测试表明,表面热碱处理对合金电极性能有较大影响,随热碱处理时间的增加,合金电极最大放电容量、循环稳定性(S1oo)及大电流放电特性均呈先增加后减小的规律。经15min热碱处理后的合金电极性能最佳其循环寿命S100由未处理时的83.67%提高到热碱处理后的93.09%。合金电极性能随热碱处理时间的变化规律与合金表面形成富镍层及其后续氧化倾向以及析出稀土氧化物关系密切。最佳热碱条件90℃、30wt%NaOH溶液浸渍15min。接着研究了氧化镱含量对热碱处理过后电极性能的影响,与热碱处理前后的相比,添加Yb203后活化性能整体变差,最大容量除添加0.5%时均大幅减小。随着添加量的增多,合金电极活化次数增加,最多增加到7%时,16次循环才能完全活化。热碱后添加稀土氧化镱,高倍率整体大幅度降低,单纯热碱时为86.35%,添加7%氧化镱时为21.04%,当添加0.5%时对合金电极循环寿命稍有提高,随着量的增加,Yb203堵塞了富镍层的孔道,导致氢的扩散速率减小,降低了耐腐蚀性,使得合金电极综合性能变差。
【作者】曾书平；
【导师】罗永春；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】储氢合金；颗粒大小；热碱处理；氧化镱；电化学性能；

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