动力汽车电池用新型钒基储氢合金的组织与性能研究

采用较为低廉的二氧化钒、二氧化钛,通过自蔓延高温合成法,进行了动力汽车电池用新型钒基储氢合金V3Ti Ni0.56Sr0.1制备,并进行了显微组织、物相组成和电化学性能的测试。结果表明,自蔓延高温合成法制备出的该新型合金组织细小、均匀,由绝大部分的钒基固溶体相和少量的Ti Ni相、Ti2Ni相组成,其放电容量在第2次充放电循环时达到最大值584 m Ah/g;合金经30次充放电循环后,其放电容量仍能达到214 m Ah/g;随放电电流从100 m A/g增大至1000 m A/g,该合金的放电容量减少。

自蔓延高温合成V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)贮氢材料

通过对反应体系的绝热温度计算及热力学分析,讨论了V2O5 -TiO2 -Al体系自蔓延反应进行的可行性。自蔓延高温合成了V3TiNi0. 56Al0. 2贮氢合金,利用X射线衍射分析(XRD)、能谱分析、扫描电镜(SEM)和金相显微镜等手段对产物进行了研究。结果表明,用自蔓延高温合成法与用其他方法制备的V3TiNi0. 56Al0. 2贮氢合金的相结构一样。PCT曲线表明该合金具有一定的吸放氢性能,饱和吸氢量为0. 092L/g,略低于其它方法制备的V3TiNi0. 56Al0. 2的饱和吸氢容量。

V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)Cr_x(x=0～0.3)贮氢合金的微结构及电化学性能

采用自蔓延高温合成法制备V3TiNi0.56Al0.2Crx(x=0～0.3)贮氢合金,经XRD和电化学测试等研究Cr添加量对合金微结构及电化学性能的影响。结果表明:当x为0、0.1和0.2时,V3TiNi0.56Al0.2Crx合金均由V基固溶体主相和TiNi相组成;当x=0.3时,合金由V基固溶体主相和具有六方结构的C14型Laves相组成;随着Cr含量的增加,合金主相的晶胞常数和晶胞逐渐减小;添加Cr以后,合金电极的最大放电容量降低,对活化性能基本没有影响;此外,添加Cr可使合金循环性能得到明显改善,V3TiNi0.56Al0.2Cr0.3合金经过10次充放电循环后,容量保持率为99%,大电流放电性能最好;随着Cr含量的增加,合金中氢的扩散系数逐渐增大。

共沉淀和低温燃烧法制备Sr_(0.9)Ce_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ)陶瓷粉及性能

分别采用基于Pechini法的溶胶低温燃烧法和共沉淀法制备了Sr_(0.9)Ce_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ)(SCY)超细陶瓷粉。应用X射线衍射、扫描电镜、能量散射谱和激光粒度分析仪对陶瓷粉体的结构和组成进行了表征,并研究了两种方法制备的粉体的烧结性能。结果表明:用溶胶低温燃烧法制备的SCY粉体为近似球形、粒径小于50nm,粒度分布范围窄,在1250℃烧结致密;用共沉淀法制备的粉体具有钙钛矿结构,粒径小于0.25μm、粒度分布窄,在1300℃烧结致密。此外,SCY致密膜具有一定的透氢作用,850℃氢渗速率在2×10-3mL.cm-2.min-1左右。

基于模糊PID控制的铸造V_3TiNi_(0.56)Cr_(0.35)合金的性能研究

对传统PID和模糊PID控制的铸造V_3TiNi_(0.56)Cr_(0.35)合金的组织、吸氢性能和充放电循环性能进行了对比与分析。结果表明:与常规PID控制相比,采用模糊PID控制时合金的平均晶粒尺寸减小了3.5μm,吸氢120 min后的吸氢量增大了0.139%,充放电循环8次后的放电容量增大了83 mA·h/g。为了提高铸造V_3TiNi_(0.56)Cr_(0.35)合金的组织和储氢性能,熔炼和浇注过程控制方法优选模糊PID控制。

旋锻对粉末冶金钒基储氢合金性能的影响

为了改善粉末冶金钒基储氢合金的性能,本文对粉末冶金V3TiNi0.56钒基储氢合金进行了旋锻,并进行了合金试样的充放电循环试验、碱液腐蚀试验和显微组织分析。结果表明,与粉末冶金合金试样相比,经过旋锻后的合金内部晶粒细化,充放电循环20次的放电容量衰减率减小21%,腐蚀电位正移38 mV。旋锻可显著改善粉末冶金V3TiNi0.56钒基储氢合金的充放电循环稳定性和耐碱液腐蚀性能。

汽车电池用新型钒基固溶体合金的组织与性能研究

采用先球磨后烧结的两步法,进行了汽车电池用新型钒基固溶体合金V3Ti Ni0.56In0.2Zr0.1的制备,并进行了显微组织、物相组成、吸放氢性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明,该合金由大部分的V基固溶体相和少量Ti2Ni相、Ti Ni相组成;室温吸氢量高达1.654%,放氢平台压力为0.5MPa;与钒基固溶体合金V3Ti Ni0.56相比,合金的腐蚀电位正移514m V。

制备工艺对钒基固溶体储氢合金电化学性能的影响分析

为了有效提高铸态钒基固溶体储氢合金的电化学性能,分别采用三种不同的铸造工艺制备了V_3TiNi_(0.56_Sc_(0.1)钒基固溶体储氢合金铸态试样,并进行了显微组织观察以及电化学循环稳定性和电化学腐蚀性能的测试与分析。结果表明:与常规铸造法相比,静置辅助铸造法和双重辅助铸造法有利于改善合金的铸造质量,细化合金晶粒,提高合金的电化学循环稳定性和电化学腐蚀性能,且双重辅助铸造法效果更佳;静置辅助铸造法、双重辅助铸造法分别使放电容量衰减率减小47%、71%,分别使合金的腐蚀电位正移109、237 m V。

新型钒基储氢合金的机械合金化制备工艺研究

采用机械合金化制备了新型钒基储氢合金V_3TiNi_(0.56)Mn_(0.1)Y_(0.1),并对该合金进行OM、SEM、XRD分析以及吸放氢性能和循环稳定性测试。结果表明:该新型储氢合金由V基固溶体和少量TiNi组成,具有较佳的吸放氢性能和循环稳定性,室温吸氢量约在55 min达到饱和,最大吸氢量为1.497 wt%;具有明显的放氢平台,平台压力为0.5 MPa;充放电循环15次后放电容量仅下降了5.6%。

超声搅拌辅助铸造法制备新型钒基固溶体贮氢材料

为了改进钒基固溶体贮氢材料的性能,采用超声搅拌辅助铸造法制备新型钒基固溶体贮氢材料V3Ti Ni0.56Co0.1Al0.2,并进行物相组成、显微组织、吸放氢性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明,该新型钒基固溶体贮氢材料由V基固溶体相和少量的Ti Ni相、Ti2Ni相组成,具有较佳吸放氢性能和耐腐蚀性能,室温最大吸氢量为1.781%、室温放氢平台压力为0.46 MPa,腐蚀电位较V3Ti Ni0.56正移709 m V。

V-Ti-Ni-Al电池负极用钒基储氢合金的制备及性能研究

以V3TiNi0.56Al0.3电池负极用钒基储氢合金为试验对象,进行了不同球磨转速和烧结温度下吸放氢性能和电化学稳定性的测试、对比和分析。结果表明,随球磨转速的加快和烧结温度的升高,试样的最大吸氢量先增大后减小,放电容量衰减率先减小后增大,吸放氢性能和电化学稳定性能先提高后下降。与300 r/min球磨转速相比,600 r/min球磨转速时的最大吸氢量增大了26.53%,放电容量衰减率减小了50%;与1000℃烧结温度相比,1300℃烧结温度时的最大吸氢量增大了21.17%,放电容量衰减率减小了46.6%。V3TiNi0.56Al0.3电池负极用钒基储氢合金的工艺参数优选为:球磨转速600 r/min、烧结温度1300℃。

基于神经网络算法的钒基镍氢电池负极材料性能优化

采用6×36×12×1四层拓扑结构神经网络模型,以钛含量、镍含量、铝含量、铬含量、保温温度和保温时间为输入层参数,以充放电循环稳定性为输出层参数,构建了钒基镍氢电池负极材料性能优化神经网络模型。结果表明,模型具有较强预测能力和较高预测精度,平均相对训练误差4.8%、平均相对预测误差4.9%。与现有V3Ti Ni0.56材料相比,神经网络模型优化获得的V3Ti Ni0.56Al0.3Cr0.4材料在充放电循环30次后的放电容量衰减率从61%减小到26%。

新型钒基新能源汽车电池合金的储氢性能与电化学研究

对汽车电池用铸造钒基V_3TiNi_(0.56)合金和V_3TiNi_(0.56)Y_(0.1)Co_(0.1)新型合金试样进行了铸造试验,并进行了储氢性能、电化学性能和显微组织的测试与分析。结果表明:与V_3TiNi_(0.56)合金相比,V_3TiNi_(0.56)Y_(0.1)Co_(0.1)新型合金的最大吸氢量从3.13%增大到3.88%,充放电循环20次后放电容量保有率从23%增大到91%,合金的枝晶臂细化、枝晶间距变小,合金的储氢性能和电化学性能得到明显提高。合金元素Y和Co的添加,有利于提高汽车电池用铸造钒基V_3TiNi_(0.56)合金的储氢性能和电化学循环稳定性能。

汽车电池用新型钒基储氢合金的电化学性能研究

在V3TiNi0.56储氢电池合金中添加0.204%纳米铜颗粒和0.102%稀土镓,并进行该汽车用新型钒基储氢电池合金的显微组织、物相组成及电池的电化学性能测试。结果表明,该新型储氢电池合金由V基固溶体相、TiNi相组成,具有明显的氧化峰和还原峰;V3TiNi0.56钒基储氢电池和新型钒基储氢电池,在充放电循环6次后的放电容量分别衰减了98.67%和9.62%,说明新型钒基储氢电池循环稳定性得到显著提高。

合金元素对钒基固溶体储氢合金组织与电化学性能的影响

制备了添加不同含量合金元素Sc、Y的V3Ti Ni0.56系钒基固溶体储氢合金,通过显微组织观察,以及电化学腐蚀性能、充放电循环稳定性的测试与分析发现:合金元素Sc或Y的添加,有利于提高合金的电化学腐蚀性能、充放电循环稳定性,复合添加合金元素Sc和Y的效果较单一添加好。与V3Ti Ni0.56合金相比,复合添加合金元素Sc和Y可以使合金腐蚀电位正移193 m V,充放电循环20次后合金的放电容量衰减率从95%减小至21%。

凝固方式对钒基储氢合金性能的影响

分别采用空冷、水冷和液氮冷却三种凝固方式制备了V_3TiNi_(0.56)Cr_(0.4)钒基储氢合金,并进行了电化学性能和储氢性能的测试与分析。结果表明,凝固方式对合金电化学性能和储氢性能产生明显影响。分别采用空冷、水冷和液氮冷却的合金,充放电循环20次后放电容量分别衰减了84%、73%、38%,室温最大吸氢量分别达到1.467%、1.514%、1.832%。

钒基储氢电池合金的超声铸造工艺优化

采用不同的超声振动频率和浇注温度参数，对V3Ti0.56Cr0.1Mo0.1钒基储氢电池合金试样进行了超声铸造，并进行了储氢性能和电化学循环性能的测试与分析。结果表明：与95 Hz相比，超声振动频率55 Hz使试样的最大吸氢量增大了65%，放电容量衰减率减小了61%；与1 830 ℃相比，浇注温度1 920 ℃使试样的最大吸氢量增大了71%，放电容量衰减率减小了63%。试样的储氢性能和电化学循环性能随超声振动频率和浇注温度增加而先提高后下降。V3Ti0.56Cr0.1Mo0.1钒基储氢电池合金的超声振动频率和浇注温度参数分别优选为55 Hz和1 920 ℃。

基于机械振动的钒基储氢汽车电池合金制备及性能研究

在浇注过程中引入不同振动频率和振动时间的机械振动,制备了V3TiNi0.56钒基储氢汽车电池合金试样,并与未经机械振动制备试样进行了耐腐蚀性能、充放电循环稳定性和显微组织的对比分析。结果表明:机械振动可明显细化合金的晶粒、改善内部组织,提高合金的耐腐蚀性能和充放电循环稳定性。随振动频率从20 Hz增大到60 Hz、振动时间从5 s延长到35 s时,合金的内部晶粒均先细化后粗化、耐腐蚀性能和充放电循环稳定性均先提高后下降。与未经机械振动的试样相比,在浇注过程中引入振动频率40 Hz、振动时间20 s机械振动而制备的合金腐蚀电位正移93 mV、放电容量衰减率减小22个百分点。

铝含量对新型钒基储氢电池合金性能的影响

以新型钒基储氢合金为试验对象,对不同Al含量添加对新型钒基储氢电池合金显微组织、吸放氢性能和充放电性能进行了测试、分析和比较。结果表明,随Al含量的添加,新型钒基储氢合金的晶粒先细化后变大,最大吸氢量先增大后减小,充放电性能先减小后增大,显微组织逐渐改善,吸放氢性能和充放电性能先提升后下降。与0.1%Al含量相比,0.3%Al含量时的平均晶粒尺寸减小了15μm,最大吸氢量增大了91.67%,放电容量衰减率减小了25%。新型钒基储氢合金的Al含量优选为:0.3%。