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钡基固溶体贮氢合金的制备及性能研究

2020-11-22阅读(960)

钡基固溶体贮氢合金的制备及性能研究

论文摘要

钒基固溶体贮氢合金以其高的贮氢容量,吸放氢速度快等优点成为贮氢合金研究中的一个热点。目前,钒基固溶体贮氢合金主要是以钒、钛及其它纯金属通过真空感应炉或真空电弧炉进行制备。但由于纯的金属钒、钛等价格昂贵,影响了钒基固溶体合金的开发和研究。论文对自蔓延燃烧合成法（SHS）制备钒基固溶体贮氢合金进行了研究。实验以相对廉价的V2O5、TiO2等氧化物为原料,利用自蔓延燃烧合成法制备出钒基固溶体贮氢合金V3TiNi0.56Al0.2和V3TiNi0.56Al0.1Crx（x=0.1-0.3）,并分析测试了合金的组织结构、贮氢性能和电极性能。得出了如下的研究结果: （1）自蔓延燃烧合成法制备V3TiNi0.56Al0.2、V3TiNi0.56Al0.1Crx（x=0.1-0.3）合金时,绝热温度约为2584-2879K,故反应热能够维持燃烧过程的自蔓延。（2）V3TiNi0.56Al0.2合金铸态组织由BCC 结构的V、Ti 基固溶体主相和以NiTi为基的第二相组成,第二相以三维网状结构存在于主相的晶界处,第二相中有时还存在大量的Ti2Ni。燃烧合成法制备出的合金中含有一定量的Al2O3、铝酸钙（CaAl2O4、CaAl4O7）、V2O3 非金属夹杂。通过退火处理可使合金的成分更为均匀,固溶处理可使合金内部产生更多的新物相。（3）自蔓延燃烧合成法制备的钒基固溶体贮氢合金具备平衡吸放氢的能力,25℃时的平衡分解压约为0.01 Mpa 左右,铸态组织下,V3TiNi0.56Al0.2 合金D#和C#样品吸氢容量分别为1.526wt%和0.805wt%。（4）V3TiNi0.56Al0.1Crx（x=0.1-0.3）合金的充放电容量约在150mAh/g-260mAh/g之间,但容量衰减较快,循环伏安特性测试时合金具有明显的氧化峰,但氧化峰峰电流随循环次数增加而降低。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 1 前言
  • 1.1 贮氢合金
  • 1.2 各类贮氢合金的发展现状
  • 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
  • 1.2.3 AB 型贮氢合金
  • 2B 型贮氢合金'>1.2.4 A2B 型贮氢合金
  • 1.3 钒氢反应
  • 1.4 钒基固溶体贮氢合金的研究与开发
  • 1.4.1 钒基固溶体型贮氢电极合金的基本特征
  • 1.4.2 V-Ti-Ni 系三元贮氢电极合金的相结构与电化学性能
  • 3TiNi0.56Mx 四元及多元合金的相结构与电化学性能'>1.4.3 V3TiNi0.56Mx四元及多元合金的相结构与电化学性能
  • 1.5 贮氢合金的制备方法
  • 1.5.1 感应熔炼法
  • 1.5.2 机械合金化法
  • 1.5.3 还原扩散法
  • 1.5.4 自蔓延高温合成法
  • 1.5.5 钒基固溶体制备方法
  • 1.6 本课题的研究内容
  • 2 钒基固溶体贮氢合金氩气气氛下感应炉熔炼制备
  • 3TiNi0.56A10.2 固溶体合金氩气气氛下感应熔炼炉制备实验'>2.1 V3TiNi0.56A10.2 固溶体合金氩气气氛下感应熔炼炉制备实验
  • 2.1.1 实验原料
  • 2.1.2 合金制备过程
  • 3TiNi0.56A10.2 固溶体合金组织结构分析'>2.2 V3TiNi0.56A10.2 固溶体合金组织结构分析
  • 2.2.1 金相分析
  • 2.2.2 组织成分分析
  • 2.2.3 X 射线衍射分析
  • 2.2.4 扫描电镜和能谱分析
  • 2.3 小结
  • 3 钒基固溶体贮氢合金自蔓延法制备
  • 3TiNi0.56A10.2 固溶体合金自蔓延法制备实验'>3.1 V3TiNi0.56A10.2 固溶体合金自蔓延法制备实验
  • 3.1.1 实验原料
  • 3.1.2 反应器的设计与制作
  • 3.1.3 实验原料的配比
  • 3.1.4 合金制备过程
  • 3TiNi0.56A10.2 合金的铸态组织结构分析'>3.2 V3TiNi0.56A10.2 合金的铸态组织结构分析
  • 3.2.1 金相分析
  • 3.2.2 组织成分分析
  • 3.2.3 扫描电镜和能谱分析
  • 3.2.4 X 射线衍射分析
  • 3.2.5 显微硬度分析
  • 3.2.6 TG 分析和DSC 分析
  • 3.3 结果讨论
  • 3.3.1 制备过程热力学分析
  • 3TiNi0.56A10.2 组织结构的影响'>3.3.2 添加金属Cr 对V3TiNi0.56A10.2 组织结构的影响
  • 3TiNi0.56A10.2 中非金属夹杂的组织结构分析'>3.3.3 V3TiNi0.56A10.2 中非金属夹杂的组织结构分析
  • 3.4 小结
  • 4 钒基固溶体贮氢合金热处理方法研究
  • 4.1 退火对合金组织结构的影响
  • 4.1.1 实验方法与实验过程
  • 4.1.2 金相分析
  • 4.1.3 X 射线衍射分析
  • 4.2 固溶处理对铸态合金组织结构的影响
  • 4.2.1 实验方法与实验过程
  • 4.2.2 金相分析
  • 4.2.3 X 射线衍射分析
  • 4.3 小结
  • 5 钒基固溶体贮氢性能测试
  • 5.1 实验方法及过程
  • 5.2 实验结果和分析
  • 5.3 小结
  • 6 钒基固溶体贮氢合金的电化学性能测试
  • 6.1 镍氢电池的工作原理
  • 6.2 贮氢电极的制作
  • 6.3 电化学性能测试
  • 6.3.1 实验设备
  • 6.3.2 贮氢材料的电容量测试
  • 6.3.3 循环伏安特性测试
  • 6.4 小结
  • 7 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录A 攻读硕士学位期间发表论文情况
  • 附录B X射线衍射图谱
  • 独创性声明
  • 学位论文版权使用授权书

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