铸态及快淬(Mg2.4Ni)100-xREx（RE=La，Ce；x=0-20）合金的相结构与电化学贮氢性能

论文摘要

本课题的研究对象是通过综述国内外针对镁基贮氢合金的研究进展的基础之上，确定为Mg2.4Ni型贮氢合金。通过真空感应熔炼炉制备铸态(Mg2.4Ni)100-xREx（RE=La,Ce;x=0,5,10,15,20）合金，在熔炼的过程中采用高纯氦气为保护气体是为了避免Mg的挥发。部分铸态合金在氦气保护下进行重熔运用单辊快淬法制备快淬合金。铸态及快淬合金的微观组成及形貌是通过使用X-射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）进行测试。铸态及快淬合金电化学与动力学性能分别是通过使用电化学综合测试系统与电化学动力学工作站进行测试。结果表明：在合金中加入稀土元素La可以显著提高快淬态(Mg2.4Ni)100-xLax（x=0,5,10,15,20）合金的非晶形成能力。La的加入明显改变了合金的相结构，铸态合金主相随着La含量的增加由Mg2Ni相改变为LaMg3+LaNi3相。铸态及快淬态合金表现出良好的活化性能，La的加入在一定程度上改善了合金的电化学放电容量。另外，经快淬工艺处理后的合金表现出较差的吸氢动力学性能。添加少量的La对合金的电化学循环稳定性有利。这与合金电极开路电位的结果相吻合。不论是铸态合金还是快淬态合金的高倍率放电性能，都是随着合金中添加稀土元素La含量的增加而有所降低。对(Mg2.4Ni)100-xCex（x=0,5,10,15,20）系列合金的研究结果表明，稀土元素Ce明显改变了合金的相结构。随着Ce含量的增加，合金主相由Mg2Ni相改变为CeMg3+Ce7Ni3相。铸态合金最大放电容量随着Ce含量的增多而增大，而快淬合金的最大放电容量则随着Ce含量的增多大致呈下降趋势，快淬工艺使最大放电容量和吸氢量降低，这主要与Ce含量变化和快淬工艺导致的相组成及相结构改变有关。稀土元素Ce的添加对铸态合金的电化学循环稳定性有不利影响。添加适量的Ce对快淬合金的电化学循环稳定性有利。这与合金电极开路电位的结果相吻合。铸态和快淬态合金的高倍率放电性能随着添加Ce的增加而提高；这与合金电极的动力学性能变化趋势是一致的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 Ni/MH 电池的发展
• 1.3 贮氢原理
• 1.3.1 气态贮氢原理
• 1.3.2 电化学贮氢原理
• 1.4 贮氢材料的种类
• 1.5 贮氢电极合金
• 1.5.1 贮氢性能概述
• 2Ni 型贮氢合金的主要发展方向'>1.5.2 Mg₂Ni 型贮氢合金的主要发展方向
• 1.5.2.1 元素替代
• 1.5.2.2 表面处理
• 1.5.2.3 真空快淬技术
• 1.5.2.4 机械合金化
• 2 选题的目的和意义
• 2.1 预期目标
• 2.2 合金成分设计与制备
• 2.3 合金的快淬工艺
• 2.4 合金微观结构与形貌
• 2.5 合金电极样品制备及电化学测试
• 2.5.1 放电容量与循环稳定性
• 2.6 动力学测试
• 2.6.1 高倍率放电性能
• 2.6.2 电化学阻抗谱
• 2.6.3 开路电位
• 2.6.4 动电位极化曲线
• 2.6.5 恒电位阶跃和氢扩散系数
• 2.4Ni)_100-xLa_x（x=0-20）合金的相结构与电化学贮氢性能'>3 铸态及快淬(Mg_2.4Ni)_100-xLa_x（x=0-20）合金的相结构与电化学贮氢性能
• 3.1 前言
• 3.2 实验内容和方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 SEM 形貌分析
• 3.3.2 电化学性能
• 3.3.2.1 电化学放电容量与循环稳定性
• 3.3.2.2 放电电压特性
• 3.3.3 动力学性能
• 3.3.3.1 合金电极的开路电位
• 3.3.3.2 高倍率放电性能
• 3.3.3.3 交流阻抗 EIS
• 3.3.3.4 极限电流密度 IL
• 3.3.3.5 恒电位阶跃和氢扩散系数
• 3.4 本章小结
• 2.4Ni)_100-xCe_x（x=0-20）合金的相结构与电化学贮氢性能'>4 铸态及快淬(Mg_2.4Ni)_100-xCe_x（x=0-20）合金的相结构与电化学贮氢性能
• 4.1 前言
• 4.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 相结构
• 4.3.2 电化学性能
• 4.3.2.1 电化学放电容量与循环稳定性
• 4.3.2.2 放电电压特性
• 4.3.3 动力学性能
• 4.3.3.1 合金电极的开路电位
• 4.3.3.2 高倍率放电性能
• 4.3.3.3 交流阻抗 EIS
• L'>4.3.3.4 极限电流密度 I_L
• 4.3.3.5 恒电位阶跃和氢扩散系数
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢