La-Y-Ni系储氢合金材料的研究进展
发布时间：2021-12-10 12:34
作为镍氢电池负极材料的储氢合金是制约镍氢电池能量密度的关键之一,为了提高镍氢电池的能量密度,科研工作者开发出了具有超晶格结构的La-Mg-Ni系高容量型储氢合金。但是在制备该类型合金时存在组分难以控制、工艺过程复杂以及安全隐患等问题。近年来,La-Y-Ni系储氢合金材料由于其容量高且易制备而受到了人们的广泛关注。本文总结并分析了La-Y-Ni储氢合金材料的组织结构、电化学性能以及PCT平台特性,探讨了存在的问题,并对下一步的工作方向进行了展望。
【文章来源】：稀土. 2020,41(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
合金电极的放电容量曲线[33]
Baddour-Hadjean等采用Ce部分替代LaY2Ni9合金中的La后,合金的a轴减小而c轴增大,且晶胞体积减小[17]。当Ce全部取代La后合金成为(Ce0.33Y0.66)Ni3的伪二元合金。Yan对AB3型LaY2Ni8.2Mn0.5Al0.3合金的结构进行了研究[13],发现该类型合金具有多相结构,包括LaY2Ni9相、Ce2Ni7相以及部分的LaNi5相,如图1所示。对A2B7型La-Y-Ni合金的研究表明,该类型合金均具有多相结构[13,22,23,37]。文献[34]采用Y部分替代La2Ni7合金中的La,未替代合金由2H-Ce2Ni7型和 Ce5Co19型相组成,其中主相为 2H-Ce2Ni7型相。替代量较低时有利于合金生成2H-Ce2Ni7型相,Y含量较多时有利于形成 3R-Gd2Co7型相。文献[22]研究发现LaY2Ni10.5合金主要由3R-Gd2Co7、2H-Ce2Ni7及少量的3R-Ce5Co19和3R-PuNi3相组成。采用Mn部分替代合金中的Ni后,合金中的Ce2Ni7相丰度增加,而Gd2Co7相丰度减少,3R-Ce5Co19和3R-PuNi3两相消失,由于Mn的原子半径大于Ni的原子半径,Ce2Ni7和Gd2Co7相的晶格参数和晶胞体积随Mn替代量的增加而逐渐增大。而采用Mn、Al同时替代LaY2Ni10.5合金中的Ni时,随替代量的增加,Gd2Co7相丰度升高,同时PuNi3相和Ce5Co19相减少[31]。文献[35]采用Mn部分替代化学计量比为3.18的La5.42Y18.50Ni76.08合金中的Ni后,合金中的A2B7相逐渐向AB3相转变。
对A2B7型La-Y-Ni合金的研究表明,采用Mn、Al元素部分替代Ni后合金的吸氢量明显提高,由于含Mn合金的晶胞体积较大,导致合金更容易吸放氢,因此合金的吸放氢平台压力降低[35]。但该类型合金在吸放氢过程中会出现两个平台,如图3所示,这与合金的相结构密切相关。针对合金出现两个平台的原因目前主要有两种解释:一种认为该类型合金由两个相组成[44],低平台对应晶胞体积较大而较容易吸氢的相,高平台对应晶胞体积较小而难吸氢的相,两个相的吸放氢压力不同导致出现两个平台。文献[13]认为,Gd2Co7相具有较大的晶胞体积,能够为氢提供更多的存储间隙,更容易吸/放氢因而表现出较低的吸/放氢平台,其氢化物分解压力约为0.01 MPa。具有较小晶胞体积的Ce2Ni7相氢化物的分解压力约为0.04 MPa。由于Ce2Ni7的相丰度较高,因此平台的宽度较宽。A2B7型合金的最大吸氢量达到1.48%(质量分数),对应的电化学容量为397 mAh·g-1。多相结构A5B19型合金的吸放氢平台不平坦,反映了不同晶胞体积相的吸放氢特性。较低的平台(氢化物分解压力约为0.06 MPa)代表了单元体积较大的Ce5Co19型相的吸放氢特性。A5B19型合金储氢量1.45%(质量分数)略低于A2B7型合金。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土Nd对A2B7型La-Y-Ni系储氢合金微观结构和电化学性能的影响[J]. 姜婉婷,罗永春,赵磊,邓安强. 金属功能材料. 2019(01)
[2]浅谈新能源汽车[J]. 廖文杰. 山东工业技术. 2018(23)
[3]Mn, Al元素替代对A2B7型La-Y-Ni储氢合金的影响[J]. 郭淼,苑慧萍,沈浩,刘彧儒,蒋利军. 稀有金属. 2019(08)
[4]稀土系储氢合金和镍氢电池产业现状及标准化体系建设研究[J]. 吉力强,赵瑞霞,王东杰,景永强,徐津. 稀土. 2018(01)
[5]La0.88Mg0.12Ni3.45与商用AB5型储氢合金失效行为的对比研究[J]. 张翰威,李一鸣,任慧平,刘卓承. 稀土. 2016(02)
[6]电动工具用镍氢电池替代镍镉电池的研究[J]. 林勇. 电动工具. 2004(03)
博士论文
[1]高容量型RE-Mg-Ni系贮氢合金的相结构和电化学性能[D]. 张璐.燕山大学 2016
硕士论文
[1]A2B7型La-Y-Ni储氢材料制备与性能研究[D]. 郭淼.北京有色金属研究总院 2018
[2]R-Y-Ni系AB3.5-3.8型无镁储氢合金微观结构和电化学性能研究[D]. 姜婉婷.兰州理工大学 2018
[3]镧-钇（Y）-镍系A2B7型合金储氢性能及稀土钇的影响[D]. 赵磊.兰州理工大学 2018
[4]La-Y-Ni系超点阵结构A2B7型储氢合金微观组织和电化学性能研究[D]. 王浩.兰州理工大学 2017
[5]Sm部分替代La、Y对LaY2Ni10Mn0.5储氢合金结构及电化学性能影响[D]. 王鹏飞.内蒙古大学 2016
[6]A侧元素对AB3型合金晶体结构及贮氢性能的影响[D]. 朱健.复旦大学 2009
本文编号：3532643
【文章来源】：稀土. 2020,41(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
合金电极的放电容量曲线[33]
Baddour-Hadjean等采用Ce部分替代LaY2Ni9合金中的La后,合金的a轴减小而c轴增大,且晶胞体积减小[17]。当Ce全部取代La后合金成为(Ce0.33Y0.66)Ni3的伪二元合金。Yan对AB3型LaY2Ni8.2Mn0.5Al0.3合金的结构进行了研究[13],发现该类型合金具有多相结构,包括LaY2Ni9相、Ce2Ni7相以及部分的LaNi5相,如图1所示。对A2B7型La-Y-Ni合金的研究表明,该类型合金均具有多相结构[13,22,23,37]。文献[34]采用Y部分替代La2Ni7合金中的La,未替代合金由2H-Ce2Ni7型和 Ce5Co19型相组成,其中主相为 2H-Ce2Ni7型相。替代量较低时有利于合金生成2H-Ce2Ni7型相,Y含量较多时有利于形成 3R-Gd2Co7型相。文献[22]研究发现LaY2Ni10.5合金主要由3R-Gd2Co7、2H-Ce2Ni7及少量的3R-Ce5Co19和3R-PuNi3相组成。采用Mn部分替代合金中的Ni后,合金中的Ce2Ni7相丰度增加,而Gd2Co7相丰度减少,3R-Ce5Co19和3R-PuNi3两相消失,由于Mn的原子半径大于Ni的原子半径,Ce2Ni7和Gd2Co7相的晶格参数和晶胞体积随Mn替代量的增加而逐渐增大。而采用Mn、Al同时替代LaY2Ni10.5合金中的Ni时,随替代量的增加,Gd2Co7相丰度升高,同时PuNi3相和Ce5Co19相减少[31]。文献[35]采用Mn部分替代化学计量比为3.18的La5.42Y18.50Ni76.08合金中的Ni后,合金中的A2B7相逐渐向AB3相转变。
对A2B7型La-Y-Ni合金的研究表明,采用Mn、Al元素部分替代Ni后合金的吸氢量明显提高,由于含Mn合金的晶胞体积较大,导致合金更容易吸放氢,因此合金的吸放氢平台压力降低[35]。但该类型合金在吸放氢过程中会出现两个平台,如图3所示,这与合金的相结构密切相关。针对合金出现两个平台的原因目前主要有两种解释:一种认为该类型合金由两个相组成[44],低平台对应晶胞体积较大而较容易吸氢的相,高平台对应晶胞体积较小而难吸氢的相,两个相的吸放氢压力不同导致出现两个平台。文献[13]认为,Gd2Co7相具有较大的晶胞体积,能够为氢提供更多的存储间隙,更容易吸/放氢因而表现出较低的吸/放氢平台,其氢化物分解压力约为0.01 MPa。具有较小晶胞体积的Ce2Ni7相氢化物的分解压力约为0.04 MPa。由于Ce2Ni7的相丰度较高,因此平台的宽度较宽。A2B7型合金的最大吸氢量达到1.48%(质量分数),对应的电化学容量为397 mAh·g-1。多相结构A5B19型合金的吸放氢平台不平坦,反映了不同晶胞体积相的吸放氢特性。较低的平台(氢化物分解压力约为0.06 MPa)代表了单元体积较大的Ce5Co19型相的吸放氢特性。A5B19型合金储氢量1.45%(质量分数)略低于A2B7型合金。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土Nd对A2B7型La-Y-Ni系储氢合金微观结构和电化学性能的影响[J]. 姜婉婷,罗永春,赵磊,邓安强. 金属功能材料. 2019(01)
[2]浅谈新能源汽车[J]. 廖文杰. 山东工业技术. 2018(23)
[3]Mn, Al元素替代对A2B7型La-Y-Ni储氢合金的影响[J]. 郭淼,苑慧萍,沈浩,刘彧儒,蒋利军. 稀有金属. 2019(08)
[4]稀土系储氢合金和镍氢电池产业现状及标准化体系建设研究[J]. 吉力强,赵瑞霞,王东杰,景永强,徐津. 稀土. 2018(01)
[5]La0.88Mg0.12Ni3.45与商用AB5型储氢合金失效行为的对比研究[J]. 张翰威,李一鸣,任慧平,刘卓承. 稀土. 2016(02)
[6]电动工具用镍氢电池替代镍镉电池的研究[J]. 林勇. 电动工具. 2004(03)
博士论文
[1]高容量型RE-Mg-Ni系贮氢合金的相结构和电化学性能[D]. 张璐.燕山大学 2016
硕士论文
[1]A2B7型La-Y-Ni储氢材料制备与性能研究[D]. 郭淼.北京有色金属研究总院 2018
[2]R-Y-Ni系AB3.5-3.8型无镁储氢合金微观结构和电化学性能研究[D]. 姜婉婷.兰州理工大学 2018
[3]镧-钇（Y）-镍系A2B7型合金储氢性能及稀土钇的影响[D]. 赵磊.兰州理工大学 2018
[4]La-Y-Ni系超点阵结构A2B7型储氢合金微观组织和电化学性能研究[D]. 王浩.兰州理工大学 2017
[5]Sm部分替代La、Y对LaY2Ni10Mn0.5储氢合金结构及电化学性能影响[D]. 王鹏飞.内蒙古大学 2016
[6]A侧元素对AB3型合金晶体结构及贮氢性能的影响[D]. 朱健.复旦大学 2009
本文编号：3532643
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