单相Nd-Mg-Ni基贮氢合金的制备及电化学特性

发布时间：2020-05-30 11:17

【摘要】：新型Nd-Mg-Ni基贮氢合金因其较好的循环稳定性、高倍率放电性能和低自放电率被广泛研究。但目前,合金相结构与电化学性能之间的关系尚不明确。为此,本文制备了单相PuNi_3、Gd_2Co_7和Pr_5Co_(19)型Nd-Mg-Ni基合金,系统地研究了合金的电化学储氢特性,并进一步获得了综合性能好的单相A_2B_7型Nd-Mg-Ni基合金,揭示了该合金生成机制和电化学特性。通过粉末烧结的方法,制备了单相Nd_(0.8)Mg_(0.2)Ni_n(n=3.0,3.5,3.8)合金,电化学测试表明,随着合金中亚单元[NdNi_5]/[NdMgNi_4]比例的升高,合金电极的最大放电容量降低,循环稳定性、高倍率放电性能和自放电率升高。重点研究了合金电极的自放电机制。结果表明,随着[NdNi_5]/[NdMgNi_4]亚单元比例的升高,合金电极放氢平台压升高,对应的氢化物稳定性降低,合金电极的可逆自放电增加;同时,合金的氧化/腐蚀程度降低,合金电极不可逆自放电减少。对合金两部分自放电比例的计算表明,可逆自放电是导致单相Nd-Mg-Ni基合金自放电的主要因素。通过感应熔炼结合分区退火处理的方法,制备了单相Ce_2Ni_7型Nd_(0.80)Mg_(0.20)Ni_(3.58)合金,并研究了单相合金的生成机制和电化学特性。铸态合金由Ce_2Ni_7、Gd_2Co_7、Ce_5Co_(19)、CaCu_5和MgCu_4Sn相组成,经过950℃-24 h退火处理,CaCu_5相和MgCu_4Sn相发生包晶反应生成A_2B_7相,Ce_5Co_(19)相不发生反应;升高退火温度至985℃,Ce_5Co_(19)相分解成A_2B_7相;在985℃至1020℃温度区间内,Ce_2Ni_7相向Gd_2Co_7相转化;而1025℃后,Gd_2Co_7相不断向Ce_2Ni_7相转化,且在1100℃,形成单相Ce_2Ni_7型合金。单相Nd_(0.80)Mg_(0.20)Ni_(3.58)合金具有较好的循环稳定性,经过700周电化学循环,容量保持率仍为64%。此外,该单相合金的容量衰减主要是由Nd和Mg元素先后被氧化导致的,且氧化后期Nd(OH)_3由针状向棒状生长,形成的棒状Nd(OH)_3覆盖在合金表面,抑制合金的进一步氧化/腐蚀。
【图文】：

反应原理,放电过程,电池,电极反应

属氢化物(Ni/MH)电池工作原理H二次电池的电解液是氢氧化钾水溶液(6 mol L 1)，负极又称氢金作为活性物质；正极为Ni(OH)2/NiOOH。充/放电时内部的反Ni/MH电池在工作过程中实质上是发生氧化还原反应，主要是过程和脱出过程，是典型的固溶体电极反应。H电池的电化学式可以表示为：2/MH KOH Ni(OH) /NiOOH (+)氢电池进行充/放电过程中，正负电极发生的电极反应方程式2 2-Ni(OH) + OH NiOOH + H O + e 充电放电2-M + H O + e MH + OHxx x x 充电放电

示意图,堆垛结构,镍基合金,稀土

堆垛形成AB3型、A2B7型和A5B19型合金，，其结构示意图如图1-2所示。图1-2ABx(2 ≤ x ≤ 5)型稀土镁镍基合金超堆垛结构示意图另外，由于[A2B4]亚单元有两种不同的构型，每一类型的合金由相对应的不同构型的[A2B4]亚单元堆垛形成2H(六角形结构，对应空间群为P63/mm)和3R(菱面形结构，对应空间群为R-3m)[14 16]。具体地，AB3型合金分为2H构型的CeNi3型和3R构型的n = 12Hn = 13Rn = 22Hn = 23Rn = 32Hn = 33R
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF125.21;TM912

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