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元素替代对Zr基AB2型贮氢合金相结构与电化学性能的影响

2020-12-03阅读(399)

元素替代对Zr基AB2型贮氢合金相结构与电化学性能的影响

论文摘要

Zr基AB2型贮氢合金具有放电容量高、循环寿命长等优点,具有较好的应用前景,作为Ni/MH电池的负极材料一直受到广泛的关注。本文首先对贮氢合金的贮氢原理以及对Zr基AB2型贮氢合金贮氢性能的影响因素做了较为全面的综述。并在此基础上确定以多元合金化为技术路线,利用XRD、SEM、EDX和电化学测试等手段研究替代元素对合金电化学性能的影响及其作用机理。采用元素Ti替代合金ZrCr0.4Mn0.4Ni1.2中的Zr时发现,合金的相结构为C15型Laves相和C14型Laves相以及少量Zr9Ni11相组成的多相结构。当x=0.1时,合金中C15相的含量达到最大,并随着Ti的掺杂量的增加,C15相逐渐向C14相转变,合金中的非Laves相逐渐减少,并在x=0.4时消失。Ti的掺入有利于C15型Laves相向C14型Laves相转变,并且抑制非Laves相的产生。电化学测试结果表明,加入少量Ti有利于合金活化性能和放电容量的提高,当x=0.1和0.2时,合金电极的活化性能最好,当x=0.1时,合金具有最大放电容量为274mAh/g,并且Ti的掺入有利于合金循环稳定的提高。线性极化、阳极极化、恒电位阶跃和交流阻抗测试表明,随着Ti的掺入量的增加,合金电极的交换电流密度与极限电流密度都是先增加后减小,x=0.1时,合金电极具有最大的交换电流密度和极限电流密度,同时交流阻抗测试也表明,在x=0.1时,合金电极的电化学反应阻抗最小,说明少量Ti的加入有利于合金电极动力性能的提高。在上述研究的基础上,选择综合电化学性能最好的Zr0.9Ti0.1Cr0.4Mn0.4Ni1.2为研究对象,采用元素V替代合金中的Cr,系统研究了V的替代对合金Zr0.9Ti0.1VxCr0.4-xMn0.4Ni1.2（x=0～0.3）的电化学性能的影响,结果发现随着V的替代量的增加,合金的活化性能逐渐降低,合金的放电容量则逐渐提高,当x=0.3时,合金具有最大放电容量为314.8 mAh/g。V替代Cr提高了合金的循环稳定性,同时降低了合金的高倍率放电性能。通过P-C-T测试可以看出,随着V替代量的增加,合金的放氢平台压呈下降趋势,合金的放氢容量逐渐增大。线性极化和阳极极化测试结果可以看出,随着V替代量的增加,合金的交换电流密度和极限电流密度按V0＞V0.2＞V0.3＞V0.1的次序递减,恒电位阶跃测定氢在合金中的扩散系数的变化规律与其一致。通过交流阻抗测试可以看出,随着V替代量的增加,合金电极的反应电阻逐渐增大。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 贮氢合金的概述
  • 1.1.1 贮氢合金的研究发展状况
  • 1.1.2 金属贮氢原理
  • 1.2 贮氢合金分类及其特性
  • 5型贮氢合金'>1.2.1 AB5型贮氢合金
  • 2型贮氢合金'>1.2.2 AB2型贮氢合金
  • 2B型贮氢合金'>1.2.3 AB/A2B型贮氢合金
  • 1.2.4 体心立方（BCC）固溶体合金
  • 1.2.5 新型贮氢合金
  • 1.3 贮氢合金的电化学应用
  • 1.3.1 Ni-MH电池发展状况
  • 1.3.2 Ni-MH电池工作原理
  • 2型Laves相贮氢合金研究进展'>1.4 Zr基AB2型Laves相贮氢合金研究进展
  • 1.4.1 Laves相合金的晶体结构特性
  • 1.4.2 Zr基Laves相二元合金
  • 1.4.3 多元合金化对合金性能的影响
  • 1.4.4 改善合金电化学性能的其他途径
  • 1.5 本文研究的目的和内容
  • 第二章 实验原料、仪器和方法
  • 2.1 实验主要原料和仪器
  • 2.2 合金样品的制备
  • 2.2.1 合金成分设计
  • 2.2.2 合金制备
  • 2.3 贮氢合金结构分析
  • 2.3.1 XRD测试
  • 2.3.2 合金金相组织分析
  • 2.3.3 扫描电镜（SEM）和能谱（EDX）分析
  • 2.4 贮氢合金的电化学性能测试
  • 2.4.1 合金电极的制备
  • 2.4.2 电化学测试装置
  • 2.4.3 电化学性能测试方法
  • 1-xTixMn0.4Cr0.4Ni1.2（x=0～0.4）相结构及其电化学性能分析'>第三章 Zr1-xTixMn0.4Cr0.4Ni1.2（x=0～0.4）相结构及其电化学性能分析
  • 3.1 合金的结构分析
  • 3.1.1 合金的XRD分析
  • 3.1.2 合金的金相组织分析
  • 3.1.3 合金的SEM和EDX能谱分析
  • 3.2 合金的电化学性能
  • 3.2.1 贮氢合金电极的活化性能
  • 3.2.2 贮氢合金电极的循环性能
  • 3.2.3 合金的大倍率放电性能
  • 3.3 合金的电化学动力性能
  • 3.3.1 合金电极的线性极化和交换电流密度
  • 3.3.2 合金电极的阳极极化与极限电流密度
  • 3.3.3 恒电位阶跃与氢的扩散系数
  • 3.3.4 交流阻抗测试
  • 3.4 本章小结
  • 0.9Ti（0.1）Cr0.4Mn0.4Ni1.2电化学性能的影响'>第四章 元素V对合金Zr0.9Ti（0.1）Cr0.4Mn0.4Ni1.2电化学性能的影响
  • 0.9Ti0.1VxCr0.4-xMn0.4Ni1.2（x=0～0.3）的电化学性能'>4.1 Zr0.9Ti0.1VxCr0.4-xMn0.4Ni1.2（x=0～0.3）的电化学性能
  • 4.1.1 合金电极的活化性能
  • 4.1.2 合金电极的循环性能
  • 4.1.3 合金电极的大倍率放电性能
  • 4.1.4 合金电极电化学放氢P-C-T曲线
  • 0.9Ti0.1VxCr0.4-xMn0.4Ni1.2（x=0～0.3）的电化学动力性能'>4.2 Zr0.9Ti0.1VxCr0.4-xMn0.4Ni1.2（x=0～0.3）的电化学动力性能
  • 4.2.1 合金电极的线性极化和交换电流密度
  • 4.2.2 合金的阳极极化和极限电流密度
  • 4.2.3 合金电极的恒电位阶跃测氢扩散系数
  • 4.2.8 合金电极的交流阻抗图谱
  • 4.3 本章小结
  • 第五章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

    • 相关论文文献

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