稀土-镁-镍基储氢合金的相结构与电化学性能研究
发布时间：2021-07-22 22:12
近些年来,随着新能源汽车的快速发展,镍氢动力电池以其高安全性而倍受青睐。RE-Mg-Ni基储氢合金作为镍氢动力电池的关键材料之一,也已然成为研究的热点课题。本文研究了A5B19型和AB4型La-Sm-Mg-Ni基储氢合金的相结构和电化学性能,期待能为镍氢动力电池提供具有优异综合电化学性能的电极材料。通过感应熔炼的方法制备了La-Sm-Mg-Ni-Al基合金,研究了第二相对A5B19型合金的电化学性能的影响。结果表明,与Pr5Co19单相合金相比,含有少量Ce5Co19第二相时,合金电极的最大放电容量升高,高倍率性能和低温性能下降。当Ce5Co19为主相含有Pr5Co19第二相时,合金电极的HRD900从57.2%升高至59.8%,在-40℃时合金电极的电容量从194.1 mAh/g增...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍氢电池工作原理示意图
第1章绪论7新型稀土-镁-镍基储氢合金属于稀土-镍基合金的一部分。这类合金的结构独特，具有独特的超堆垛结构。因其独特的超堆垛结构，使这类合金受到了越来越多的关注。这类合金的B/A在3-5之间的：可分为AB3，A2B7，A5B19型。关于稀土-镁-镍基合金的相关研究进展，会在接下来的小节中做更详细的汇报。1.4RE-Mg-Ni系储氢合金基本理论在过去的十几年中，RE-Mg-Ni系合金因其高能量和高功率的特点被当做最具应用前景的热门的负极材料。研究人员开始对RE-Mg-Ni系合金进行了系统而大量的工作，从而开发更为实用的Ni-MH电池材料[42-47]。目前，被产品化的La–Mg–Ni系合金电极，取得了较为喜人的结果：日本FDK株式会社制造生产的具有长寿命（>6000次）的消费电池，以及川崎重工生产的具有大容量、高功率供给工业使用的固定式电池[43]。与此同时，随着人们对电池需求增加，使得RE–Mg–Ni系合金将会受到越拉越多的研究和关注。1.4.1RE-Mg-Ni系贮氢合金结构由于成分和结构的不同，在储氢容量、活化和放电容量、稳定性等方面，每种合金所表现出来的性能也大有不同。图1-2稀土-镁-镍系（RE-Mg-Ni系）合金结构示意[53]储氢合金可视为由A和B侧元素组合而成，而且还发现这两类元素对氢的亲和
燕山大学工程硕士学位论文8力有所不同，分为正亲和力，和负亲和力。由于B/A比例的不同，超堆垛结构RE-Mg-Ni系合金主要可分为AB3型、A2B7型和A5B19型，最新研究发现AB4[48-51]型和A7B23[52]型。由于[A2B4]（Laves相）亚单元的有两种不同的类型，分别是C14型（六方结构）和C15型（面心立方结构）。故不同类型的相结构都有两个异构体，分别为2H（六角形结构）和3R（菱面形结构）[54-57]。如图1-2所示，RE-Mg-Ni基合金特殊的超堆垛结构，是由[AB5]亚单元（CaCu5结构）和[A2B4]亚单元（Laves相结构）沿着c轴的方向进行周期式的排列而堆垛起来的[58]。1.4.2RE-Mg-Ni基贮氢合金电极的电化学性能电极所发生的氢化和脱氢，其涉及一系列的反应和物质传输[58,59]，如图1-3所示。从1-3的示意图中，很明显参与电极反应的氢来源就是电池的电解质。合金开始吸收氢的同时，固相界面此时发生了水的分解反应，生成了H(ad)和OH–，然后H(ad)与合金反应生成了氢化物M-H(ad)，氢被吸收后，会扩散到合金的体内，与合金形成α相的固溶体相。反应不断地进行，氢的浓度越来越高，使固溶体α逐渐向金属氢化物的方向转化。图1-3氢化物形成/分解过程示意图在氢化过程中，吸氢电极发生如下反应步骤[60]：①通过液相传质，H2O扩散至电池负极的表面H2ObH2Os→(1-3)上式中，b、s分别代表液相本体和电极表面。②电极表面的电荷转移H2Os+eHad+OH→csaKK(1-4)
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进镍氢电池及其关键电极材料[J]. 陈云贵,周万海,朱丁. 金属功能材料. 2017(01)
[2]稀土元素在储氢材料中的应用进展[J]. 张怀伟,郑鑫遥,刘洋,田晓,李星国. 中国稀土学报. 2016(01)
[3]稀土-镁-镍基贮氢电极合金的研究进展[J]. 黄理,刘永锋,李瑞,高明霞,潘洪革. 稀有金属材料与工程. 2012(03)
[4]AB2型Laves相贮氢合金的研究进展[J]. 张羊换,王国清,董小平,郭世海,任江远,王新林. 金属功能材料. 2005(04)
博士论文
[1]2H和3R型RE-Mg-Ni基贮氢合金的相结构和电化学性能[D]. 赵雨萌.燕山大学 2018
硕士论文
[1]La-Mg-Ni系AB3.5型和AB3型贮氢合金贮氢性能和动力学的研究[D]. 魏伟.兰州理工大学 2005
本文编号：3298008
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍氢电池工作原理示意图
第1章绪论7新型稀土-镁-镍基储氢合金属于稀土-镍基合金的一部分。这类合金的结构独特，具有独特的超堆垛结构。因其独特的超堆垛结构，使这类合金受到了越来越多的关注。这类合金的B/A在3-5之间的：可分为AB3，A2B7，A5B19型。关于稀土-镁-镍基合金的相关研究进展，会在接下来的小节中做更详细的汇报。1.4RE-Mg-Ni系储氢合金基本理论在过去的十几年中，RE-Mg-Ni系合金因其高能量和高功率的特点被当做最具应用前景的热门的负极材料。研究人员开始对RE-Mg-Ni系合金进行了系统而大量的工作，从而开发更为实用的Ni-MH电池材料[42-47]。目前，被产品化的La–Mg–Ni系合金电极，取得了较为喜人的结果：日本FDK株式会社制造生产的具有长寿命（>6000次）的消费电池，以及川崎重工生产的具有大容量、高功率供给工业使用的固定式电池[43]。与此同时，随着人们对电池需求增加，使得RE–Mg–Ni系合金将会受到越拉越多的研究和关注。1.4.1RE-Mg-Ni系贮氢合金结构由于成分和结构的不同，在储氢容量、活化和放电容量、稳定性等方面，每种合金所表现出来的性能也大有不同。图1-2稀土-镁-镍系（RE-Mg-Ni系）合金结构示意[53]储氢合金可视为由A和B侧元素组合而成，而且还发现这两类元素对氢的亲和
燕山大学工程硕士学位论文8力有所不同，分为正亲和力，和负亲和力。由于B/A比例的不同，超堆垛结构RE-Mg-Ni系合金主要可分为AB3型、A2B7型和A5B19型，最新研究发现AB4[48-51]型和A7B23[52]型。由于[A2B4]（Laves相）亚单元的有两种不同的类型，分别是C14型（六方结构）和C15型（面心立方结构）。故不同类型的相结构都有两个异构体，分别为2H（六角形结构）和3R（菱面形结构）[54-57]。如图1-2所示，RE-Mg-Ni基合金特殊的超堆垛结构，是由[AB5]亚单元（CaCu5结构）和[A2B4]亚单元（Laves相结构）沿着c轴的方向进行周期式的排列而堆垛起来的[58]。1.4.2RE-Mg-Ni基贮氢合金电极的电化学性能电极所发生的氢化和脱氢，其涉及一系列的反应和物质传输[58,59]，如图1-3所示。从1-3的示意图中，很明显参与电极反应的氢来源就是电池的电解质。合金开始吸收氢的同时，固相界面此时发生了水的分解反应，生成了H(ad)和OH–，然后H(ad)与合金反应生成了氢化物M-H(ad)，氢被吸收后，会扩散到合金的体内，与合金形成α相的固溶体相。反应不断地进行，氢的浓度越来越高，使固溶体α逐渐向金属氢化物的方向转化。图1-3氢化物形成/分解过程示意图在氢化过程中，吸氢电极发生如下反应步骤[60]：①通过液相传质，H2O扩散至电池负极的表面H2ObH2Os→(1-3)上式中，b、s分别代表液相本体和电极表面。②电极表面的电荷转移H2Os+eHad+OH→csaKK(1-4)
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进镍氢电池及其关键电极材料[J]. 陈云贵,周万海,朱丁. 金属功能材料. 2017(01)
[2]稀土元素在储氢材料中的应用进展[J]. 张怀伟,郑鑫遥,刘洋,田晓,李星国. 中国稀土学报. 2016(01)
[3]稀土-镁-镍基贮氢电极合金的研究进展[J]. 黄理,刘永锋,李瑞,高明霞,潘洪革. 稀有金属材料与工程. 2012(03)
[4]AB2型Laves相贮氢合金的研究进展[J]. 张羊换,王国清,董小平,郭世海,任江远,王新林. 金属功能材料. 2005(04)
博士论文
[1]2H和3R型RE-Mg-Ni基贮氢合金的相结构和电化学性能[D]. 赵雨萌.燕山大学 2018
硕士论文
[1]La-Mg-Ni系AB3.5型和AB3型贮氢合金贮氢性能和动力学的研究[D]. 魏伟.兰州理工大学 2005
本文编号：3298008
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