无镨钕A_2B_7型稀土镁基储氢合金的研究

【摘要】本文在对国内外La-Mg-Ni系储氢合金研究进展进行全面分析的基础上,以La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金为研究对象,采用XRD、SEM、PCT及电化学性能测试方法,研究了Sm、Y替代La及其热处理工艺对该体系合金相结构及性能的影响规律,以期开发出一种高性能、低成本的A2B7型储氢合金。PCT测试发现,Sm和Y替代La导致合金的晶胞体积减少,吸放氢平台压升高,电化学储氢量下降。铸态合金存在两个吸氢平台,其中低平台区对应PuNi3型相、Ce2Ni7型相及Ce5Co19型相,高平台区对应CaCu5型相。正交实验表明,Sm、Y单独替代La及Sm和Y共同替代La均可以减少合金中CaCu5型相的丰度,而Sm和Y同时替代La其作用更显著。由此优化出的合金成分为：Lao.4Gdo.2Sm0.1-Y0.15Mgo.15Ni3.35Al0.15、La0.4Gd0.2Sm0.15Y0.1Mg0.15Ni3.35Al0.15、La0.4Gd0.2Sm0.2Y0.1Mg0.15-Ni3.35Al0.15和La0.45Gd0.2Sm0.1Y0.1Mg0.15Ni3.35Al0.15。在此基础上,选用La0.35Gd0.2Sm0.2Y0.1Mg0.15Ni3.35Al015合金进行热处理工艺研究。研究发现,随着热处理温度的提高,合金中CaCu5型相逐渐减少,Ce2Ni7型相和Ce5Co19型相逐渐增多。当热处理温度低于1223K时,合金主相为PuNi3型相,热处理温度为1223K时,合金主相由PuNi3型相转变为Ce2Ni7型相。合金经热处理后储氢量增加,吸放氢平台压降低,有效储氢量增加,循环稳定性增强。经1273K热处理8h后,合金最大储氢量达到346mAhg-1,经90周充放电循环后,容量保持率S90达到93.01%。在1273K条件下对La0.35Gd0.2Sm0.2Y0.1Mg0.15Ni3.35Al0.15合金进行不同时间热处理,背散射图谱表明,合金在1273K下热处理8h后,已近似为单相结构,进一步延长热处理时间对其它相丰度影响较小,对合金的循环稳定性有所改善,但对其储氢性能及放电性能及改善较小。因此,目前较为合适热处理工艺为1273K×8h。对正交实验优选出的其它三种合金：La0.45Gd0.2Sm0.1Y0.1Mg0.15Ni3.35Al0.15、La0.4Gd0.2Sm0.15Y0.1Mg0.15Ni3.35Al0.15、La0.4Gd0.2Sm0.1Y0.15Mg0.1.5Ni3.35Al0.15进行热处理研究。研究发现,当热处理温度为1223K时,合金中发生了PuNi3型相向Ce2Ni7型相转变,当热处理温度升高到1273K,PuNi3型相进一步减少,Ce2Ni7型相丰度最高。但当热处理温度升高到1293K时,合金中出现Pr5Co19型相,且CaCu5型相增多,Ce2Ni7型相减少。PCT测试结果表明当热处理温度为1273K时,合金储氢量最大,平台斜率及平台压最低。根据上述结果,较为合适的热处理条件为1273K×8h。综合比较四种合金的储氢及电化学性能发现,四种合金的储氢量及放电容量比较接近,其中La0.45Gd0.2Sm0.2Y0.1Mg0.15Ni3.35Al0.15合金具有最低平台压,La0.45Gd0.2Smo.1Y0.15-Mg0.15Ni3.35Al0.15合金具有最小储氢平台斜率,充放电循环100周容量保持率分别为92.88%,93.96%。
【作者】简良；
【导师】蒋利军；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】La-Mg-Ni基储氢合金；相结构；热处理；储氢性能；电化学性能；

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