论文摘要
La-Mg-Ni系PuNi3型贮氢合金是新近发现的高容量电极合金,具有重要的开发应用前景,但电极合金循环稳定性较差,因而如何提高合金电极循环稳定性是该类合金目前应用研究的关键问题。本文以PuNi3型合金作为La-Mg-Ni系合金研究的起点,首先对PuNi3型合金进行了元素替代和热处理研究,试图提高PuNi3型电极合金的循环稳定性和高倍率放电性能。在PuNi3型合金热处理研究的基础上,发现La-Mg-Ni系A2B7型合金具有比PuNi3型合金更佳的综合电化学性能,据此本文以A2B7型合金为研究对象,系统考察了元素替代和热处理对合金结构和电化学性能的影响,研究表明La-Mg-Ni系A2B7型电极合金是一类重要的具有良好应用前景的新型Ni/MH电池负极候选材料。本文还采用ND（中子衍射）、XRD（X射线衍射）、粒度分析、HRTEM（高分辨透射电镜）等材料分析方法及电化学阻抗谱等电化学测试技术系统地研究了PuNi3型合金和Ce2Ni7型合金电极容量衰退规律,力求阐明Ce2Ni7型合金比PuNi3型合金具有更佳电化学性能的内在原因。 对于PuNi3型合金,本文以La2MgNi9为基础成分,系统地研究了混合稀土元素替代和Ti/Zr素替代对合金相结构和电化学性能的影响。结果表明,混合稀土元素（Ce、Pr、Nd）对合金相结构有显著影响,晶胞微结构产生各向异性变化,合金颗粒氢致粉化加剧。混合稀土元素的添加不能有效改善合金电极的循环稳定性,但可以显著提高合金电极的高倍率放电性能。Ti/Zr元素不能固溶于PuNi3型合金当中,而是形成稳定的Ti-Ni相或Zr-Ni相呈树枝晶形态分布于合金中。Ti/Zr元素的引入从不同程度上提高了合金电极的循环稳定性,改善了合金电极的倍率放电性能,但也会不同程度的降低合金电极的放电容量。 对于PuNi3型合金,本文还系统研究了热处理温度对La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5合金结构和电化学性能的影响。热处理对合金相结构有重要影响,1123K热处理有利于PuNi3型物相的形成,高温热处理（>1123K）会诱导PuNi3型合金向Ce2Ni7型合金的转变。热处理能够显著改善合金的氢化性能,Ce2Ni7型合金和PuNi3型合金具有相似的吸放氢特性和电极活化性能,最大电化学放电容量均可达400mAh/g。热处理对改善PuNi3型合金电极的循环稳定性是有限的,但研究发现Ce2Ni7型合金电极具有比PuNi3型合金电极更佳的循环稳定性和动力学性能,70次充放电循环后的容量保持率可达92.9%。因此A2B7型合金是一种更具有应用前景的高容量合金电极。 以A2B7型合金为研究对象,本文系统的研究了Mg含量、Co含量及稀土元素对合金结构和电化学性能的影响。结果表明,Mg含量对A2B7型合金相结构有重
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 引言1.2 Ni／MH电池工作原理1.3 贮氢电极合金基本性质1.3.1 贮氢合金吸放氢特性1.3.2 贮氢合金中氢的位置1.4 贮氢合金电极失效基本理论1.5 贮氢电极合金研究开发概况5型电极合金'>1.4.1 稀土系AB5型电极合金2型Laves相电极合金'>1.4.2 AB2型Laves相电极合金1.4.3 镁基电极合金1.4.4 钒基固溶体型电极合金第2章 文献综述2.1 La-Ni相图x型（x=2～5）合金结构特点'>2.2 ABx型（x=2～5）合金结构特点x型（x=2～5）合金氢化性能'>2.3 ABx型（x=2～5）合金氢化性能2型合金氢化性能'>2.3.1 La-Ni系AB2型合金氢化性能3型合金氢化性能'>2.3.2 La-Ni系AB3型合金氢化性能3型合金氢化性能'>2.3.3 La-Mg-Ni系AB3型合金氢化性能2B7型合金氢化性能'>2.3.4 La-Ni系A2B7型合金氢化性能2.4 本文的研究思路及主要研究内容第3章 实验方法3.1 贮氢合金的成分设计及样品制备3.1.1 合金成分设计3.1.2 合金样品制备3.2 贮氢合金结构分析3.2.1 XRD分析3.2.2 Rietveld结构精修3.2.3 合金微观组织及成分分析3.2.4 贮氢合金颗粒的粒度分析3.3 贮氢合金的氢化性能测试3.3.1 P-C-T曲线测试3.3.2 气态循环稳定性测试3.4 合金电极电化学性能测试3.4.1 合金电极的制备3.4.2 电化学测试装置3.4.3 电化学性能测试方法2MgNi9贮氢合金的结构和电化学性能研究'>第4章 （La，Ce，Pr，Nd）2MgNi9贮氢合金的结构和电化学性能研究4.1 正交实验设计4.2 合金结构4.3 合金氢化特性4.4 合金电极的电化学性能4.4.1 电极活化性能4.4.2 电极循环稳定性4.4.3 电极动力学性能4.5 本章小结0.67-x（Ti／Zr）xMg0.33Ni2.5Co0.5（x=0～0.15）贮氢合金的结构和电化学性能研究'>第5章 La0.67-x（Ti／Zr）xMg0.33Ni2.5Co0.5（x=0～0.15）贮氢合金的结构和电化学性能研究5.1 合金结构5.2 合金吸放氢特性5.3 合金电极的电化学特性5.3.1 合金电极活化性能5.3.2 合金电极动力学性能5.3.3 合金电极循环稳定性5.4 结论3型合金结构和电化学性能的影响'>第6章 热处理温度对PuNi3型合金结构和电化学性能的影响6.1 合金结构6.2 不同热处理温度合金的吸放氢PCT曲线6.3 不同热处理温度合金的电化学性能6.3.1 合金电极的活化特性6.3.2 合金电极的循环稳定性6.3.3 合金电极的动力学性能6.3.3.1 合金电极的高倍率性能6.3.3.2 合金电极的电化学反应动力学6.3.3.3 氢在合金中的扩散动力学6.4 本章小节2B7型贮氢合金结构与电化学性能的影响'>第7章 Mg含量对A2B7型贮氢合金结构与电化学性能的影响2-xMgxNi7（x=0.3～0.8）合金结构'>7.1 La2-xMgxNi7（x=0.3～0.8）合金结构7.1.1 合金相结构7.1.2 合金的晶体学结构2-xMgxNi7（x=0.3～0.8）合金氢化物结构'>7.2 La2-xMgxNi7（x=0.3～0.8）合金氢化物结构2-xMgxNi7（x=0.3～0.8）合金电极电化学性能'>7.3 La2-xMgxNi7（x=0.3～0.8）合金电极电化学性能7.3.1 合金电极活化性能7.3.2 合金电极循环稳定性7.3.3 合金电极的动力学性能7.3.3.1 合金电极高倍率放电性能7.3.3.2 合金电极交换电流密度7.3.3.3 合金电极氢扩散动力学7.4 本章小节1.5Mg0.5Ni7-xCox（x=0～1.8）贮氢合金结构和电化学性能的影响'>第8章 Co替代对La1.5Mg0.5Ni7-xCox（x=0～1.8）贮氢合金结构和电化学性能的影响1.5Mg0.5Ni7-xCox（x=0～1.8）合金结构'>8.1 La1.5Mg0.5Ni7-xCox（x=0～1.8）合金结构1.5Mg0.5Ni7-xCox（x=0～1.8）合金吸放氢性能'>8.2 La1.5Mg0.5Ni7-xCox（x=0～1.8）合金吸放氢性能1.5Mg0.5Ni7-xCox（x=0～1.8）合金电极的电化学性能'>8.3 La1.5Mg0.5Ni7-xCox（x=0～1.8）合金电极的电化学性能8.3.1 合金电极活化性能8.3.2 合金电极循环稳定性8.3.3 合金电极倍率放电性能8.3.4 合金电极动力学性能表征8.4 本章小节2B7型贮氢合金结构和电化学性能的影响'>第9章 退火处理对A2B7型贮氢合金结构和电化学性能的影响9.1 合金结构9.1.1 合金相结构9.1.2 合金晶体结构9.2 合金电极活化特性9.3 合金电极循环稳定性9.4 合金电极动力学性能9.5 本章小节2B7型合金结构和电化学性能的影响'>第10章 混合稀土对A2B7型合金结构和电化学性能的影响1.2-xCexPr0.3Mg0.5Ni7.0（x=0～0.3）合金结构'>10.1 La1.2-xCexPr0.3Mg0.5Ni7.0（x=0～0.3）合金结构1.2-xCexPr0.3Mg0.5Ni7.0（x=0～0.3）合金放氢特性'>10.2 La1.2-xCexPr0.3Mg0.5Ni7.0（x=0～0.3）合金放氢特性1.2-xCexPr0.3Mg0.5Ni7.0（x=0～0.3）合金电极电化学性能'>10.3 La1.2-xCexPr0.3Mg0.5Ni7.0（x=0～0.3）合金电极电化学性能10.3.1 合金电极活化特性10.3.2 合金电极循环稳定性10.3.3 合金电极高倍率放电性能10.4 本章小结3型合金和Ce2Ni7型合金容量衰减机理研究'>第11章 La-Mg-Ni系PuNi3型合金和Ce2Ni7型合金容量衰减机理研究11.1 合金结构11.1.1 合金相结构11.1.2 合金晶体学结构11.1.3 合金氢化物结构11.2 合金电极容量衰退规律11.3 循环过程中电极合金贮氢特性11.3.1 电化学PCT曲线11.3.2 电极合金结构稳定性及腐蚀产物11.3.3 合金电极电化学阻抗分析11.4 合金气态吸放氢特性11.4.1 合金循环特性11.4.2 不同循环阶段的合金结构11.4.3 合金粉化分析11.5 本章小结第12章 总结与展望12.1 本文结论12.2 研究展望参考文献附录A 攻读博士学位期间发表或接受的论文致谢
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La-Mg-Ni系新型贮氢合金结构与电化学性能的研究
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