La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型合金相结构与储氢性能研究进展

氢的燃烧热值高、储量丰富、燃烧产物零污染,被认为是理想的能源载体。氢能的发展对“双碳”目标的实现具有重要的支撑作用,而氢能的发展又离不开高密度、低成本的储氢材料。La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金是在La-Ni二元合金的基础上发展起来的一类新型储氢合金,具有储氢容量高、原料成本低等优势。Mg加入到La-Ni合金后进入到[A_(2)B_(4)]亚单元中,抑制了氢致非晶化现象,使结构保持稳定,加速了合金的实用化进程。La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金本征储氢容量可达到1.80%以上(质量分数),显著高于已经商品化的AB_(5)型储氢合金。La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金的晶体结构可调控性强,并且容易受到组成与制备条件细微变化的影响。基于以上认识,重点关注了关于La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金组成与制备技术等相关的研究报道,较为系统地综述了元素取代和制备技术等对La-Mg-Ni系A_(2)B_(7)型储氢合金相结构与储氢性能及电化学性能的影响,总结了合金发展中尚需解决的问题,为制备性能优良的合金提供了思路与依据,并对合金未来的发展趋势进行了展望。

Mg-Ni系储氢合金电极研究最新进展

综述了Mg -Ni系储氢合金的研究情况 ,总结了当前提高Mg -Ni系储氢合金、特别是Mg2 Ni型储氢合金电极性能所采用的主要方法 ,如机械合金化、组元调整。

TiFe系储氢合金性能改善研究进展

TiFe合金作为一种传统的储氢材料,因其分解压力适中,储氢量较大,原材料储量丰富而引起广泛的研究兴趣。但是该合金存在活化困难、易中毒和滞后大等缺点,严重阻碍了其实际应用。针对TiFe合金的缺点研究者们进行了大量的改性研究。综述了TiFe系储氢合金的研究进展,介绍了改善其储氢性能的方法及其优缺点,并展望了TiFe系合金今后的研究方向和重点。

镁含量对RE-Mg-Ni系A_2B_7型储氢合金结构与性能的影响

采用感应熔炼方法制备了La0.8-xGd0.2MgxNi3.1Co0.3Al0.1(x=0,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.4)储氢合金,并在氩气气氛和1173 K下进行退火处理.合金相结构分析结果表明,镁含量(x)较低时合金以Ce2Ni7型为主相结构,A2B7型相丰度(Ce2Ni7+Gd2Co7)达到98.8%;镁含量较高时合金相由A2B7型、CaCu5型和PuNi3型物相构成,随着镁含量的增加,PuNi3型和CaCu5型相组成逐渐增多,其晶胞参数随Mg含量的增加而减小,同时合金的吸氢平台也随之升高.电化学测试结果表明,随着合金中Mg含量增加,合金电极的最大放电容量和循环稳定性均呈先增大后减小的规律,其中x=0.15时合金电极具有最高的电化学放电容量(393 mA.h/g)和最佳的循环寿命(S100=92.82%).合金电极的高倍率放电性能(HRD)随Mg含量的增加先减小再增大然后又减小,适量的Mg元素改善了合金电极的动力学性能.

La-Mg-Ni-Co系新型稀土储氢合金研究进展

简要地总结了储氢合金的研发、应用现状以及未来的发展方向。结合作者在本领域的研究,重点介绍了La-Mg-Ni-Co系AB3型和A2B7型储氢合金。La-Mg-Ni-Co型储氢合金具有电化学容量高、易活化、动力学性能优异等特点,极有可能替代目前广泛使用AB5型稀土储氢合金。扼要地综述了AB3型和A2B7型储氢合金在元素替代、制备工艺、合金结构调控和性能改进等方面的研究进展,分析和指出了La-Mg-Ni-Co系储氢合金研究和应用需要解决的主要问题和可能的途径。

掺杂镧系金属对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响

借助于XRD,TG-DSC等技术研究了掺杂镧系金属对氢化燃烧合成镁镍储氢合金合成条件及合金性能的影响。结果表明:掺杂镧系金属的试样在氢气压力为2.0MPa,600℃下保温2h可大量形成Mg2NiH4;氢气压力越大,形成Mg2NiH4越多;过高的合成温度和过长的保温时间极不利于Mg2NiH4的形成;镧系金属的掺入使Mg2NiH4晶胞发生了一定的畸变;掺杂镧系金属的Mg2NiH4放氢温度为271.7℃左右,比未掺杂的降低了110℃左右;掺杂镧系金属试样的总放氢量可达3.21%(质量分数,下同);掺杂镧系金属的试样在300℃,0.1MPa下的放氢时间为7min^8min;活化可适当提高吸放氢量。

钛系多元储氢合金的研究

本文对钛系多组元储氢合金进行了开发研究,发现Ti-Zr-Mn-V-Cr系具有满意的性能。该合金容易活化,吸放氢速度快,储氢量大,释氢量可达195ml/g以上。P-C-T曲线表明,该合金的平台特性好,平台压力适中,工作性能稳定,比现有Ti系典型合金TiFe优越。

稀土-镁-镍系超晶格合金结构与储氢性能研究及进展

稀土-镁-镍系超晶格储氢合金由于具有储氢容量高、易活化、大电流放电能力强等优点被认为是具有广阔应用前景的新型碱性二次电池电极材料以及固态储氢材料,受到国内外学者的广泛关注,已成为动力电池和氢能研究领域的热点课题。近年来,针对此类储氢合金有关研究主要是集中在组成控制、结构调控以及性能改善等方面存在的关键难题。本文结合本课题组研究工作,从化学组成、晶体结构、电化学储氢性能以及固态储氢性能等方面对稀土-镁-镍系超晶格合金的研究及进展进行了较为系统的总结和评述,并对其未来的研究和发展方向进行了展望。

充放电对LaMgNi系储氢合金电化学性能的影响

研究充放电对LaMgNi系AB_(3.8)型储氢合金电极电化学性能的影响.结果表明:随着充电电流的增加,合金电极的最大放电容量持续增加,放电电势平台加宽,容量保持率先缓慢增大后快速减小;随着放电电流的增加,合金电极的最大放电容量持续减少,放电电势平台明显变窄,容量保持率持续增加.综合考虑,充电电流密度为100mA/g,放电电流密度为60mA/g时,La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.3)Co_(0.5)合金电极具有较好的综合电化学性能.

机械合金化Mg-Ni二元系储氢合金的研究

分析了Mg Ni二元合金研究的理论和现实意义。指出机械合金化是提高Mg Ni二元合金储氢性能的有效制备方法 ,并重点分析了球磨方式对合金结构及其储氢性能的影响。对目前研究较多的Mg

La-Mg-Ni系储氢合金储氢性能研究

采用快淬法制备了不同镁含量的La-Mg-Ni系储氢合金,并研究了La-Mg-Ni系储氢合金的储氢特性.结果表明,La-Mg-Ni系储氢合金主要由LaNi5和LaNi3两相组成;随着镁含量的增加,储氢合金的吸放氢平台压力降低,吸氢量提高;与化学计量比储氢合金相比,非化学计量比的储氢合金平台压力提高;在1173 K热处理4 h后,储氢合金具有较好的吸/放氢平台性能,其吸氢量可达1.59%.

稀土系非化学计量比La(NiMMn)_(5.6)合金的储氢性能

借助X-ray及吸放氢性能测试装置研究了不同处理条件及元素替代对非化学计量比La(NiMMn)5.6合金(M=Sn,Al,Cu)的结构、活化性能、吸氢容量和平台压力等性能的影响,测试了不同温度下合金的PCT曲线。结果表明,无论退火处理、快速凝固、以及Sn,Cu,Al元素取代,合金都出现点阵常数a缩短,c伸长,单胞体积增大。与常规熔铸相比,退火处理和快速凝固均提高了合金的活化性能,且都大大提高了合金的贮氢性能和降低平台压,但快速凝固吸氢量有所降低;快速凝固+低温退火合金的吸氢量最大。分别以Sn,Cu,Al取代Ni,元素替代的La(NiMMn)5.6合金都降低了合金的平台压,平台压降低的顺序按Sn>Al>Cu而减少,且都大大减小了滞后。

回归分析在Mg_2Ni系合金储氢性能研究中的应用

以Al、Ti含量和制备方法为试验因素,采用回归分析方法,建立出具有较高预测精度的Mg2Ni系储氢合金最大吸氢量和最大放电容量的回归方程,并进行了Mg2Ni系合金储氢性能的优化研究。结果表明,具有最佳储氢性能的Mg2Ni系储氢合金的试验参数为Al含量0.1%、Ti含量0.1%;制备方法为两步法,制备出的Mg1.8Al0.1Ti0.1Ni合金的最大吸氢量高达3.47%,最大放电容量高达102.5 mA·h/g,且经15次循环后的放电容量仍保持在69.1 mA·h/g。

La-Mg-Ni系储氢合金的容量衰减与组织结构

为了研究AB 2型La-Mg-Ni系储氢合金的容量衰减以及循环前后合金的组织结构,采用Sieverts法测试了LaSmMgNi 4.1快淬态合金的吸放氢量,用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分别测试和观察了循环前后合金的相结构、颗粒形貌以及原子排列。结果表明,合金的吸放氢量随着循环次数增加发生衰减,合金的吸放氢衰减速率与循环阶段有关。合金由不同生长方向、不同尺寸的柱状晶组成,成分基本均匀,主要由(LaSm)MgNi 4主相和LaNi 5相组成,相组成的组织为晶态。经过吸放氢循环后,合金由大量非晶和少量晶态组成。随着循环次数增加,合金颗粒粉化与蓬松严重。

稀土元素对R-Y-Ni系A_2B_7型无镁储氢合金微观结构和电化学性能的影响

采用真空电弧熔炼及退火处理制备R-Y-Ni系A_2B_7型R0.3Y0.7Ni3.25Mn0.15Al0.1(R=Y,La,Pr,Ce,Nd,Gd,Sm)储氢合金,系统研究稀土元素R对合金微观组织与结构、储氢和电化学性能的影响。XRD和SEM-EDS分析表明,合金退火组织由Ce2Ni7型主相、PuNi3型及少量Ca Cu5型相组成,Ce2Ni7型主相的晶格常数a、c及晶胞体积V均随稀土R原子半径的减小而依次降低。该合金均具有明显的吸放氢平台,常温下最大吸氢容量为1.17%~1.48%(w/w),吸氢平台压Peq为0.037~0.194 MPa。电化学分析表明,退火合金电极的电化学活化性能优良,R=La合金具有最高的放电容量(389.2 mAh·g-1)和较佳的容量保持率(充放电循环100次后的S100=85.7%),其中合金微观组织的不均匀性及稀土元素的电化学腐蚀是影响电极循环稳定性的主要原因。合金电极的高倍率放电性能(电流密度为900 m A·g-1)HRD900=71.05%~86.94%,其电极反应动力学控制步骤主要由氢原子在合金体相中的扩散速率所控制。

稀土系A_2B_7型La_(1-x)Sc_xNi_(2.6)Co_(0.3)Mn_(0.5)Al_(0.1)(x=0～0.5)储氢合金相结构和电化学性能研究

真空电弧熔炼制备了A2B7型La1-xScxNi2.6Co0.3Mn0.5Al0.1（x=0～0.5）储氢合金并进行退火热处理。XRD及SEM/EDS分析结果表明,合金退火组织由La2Ni7、La Ni5、La Ni和Sc Ni2等相组成。合金生成焓计算表明,Sc-Ni体系的生成焓比La-Ni和Mg-Ni体系的生成焓更负,这是含Sc合金易于形成Sc Ni2相以及成相规律有别于含Mg合金的主要原因之一。合金电极最大放电容量和循环寿命S100随着Sc含量x增加均呈先增大后减小规律,当x=0.2时,合金电极具有最大的放电容量（267.1 m Ah/g）和较好的容量保持率S100（80.47%）。掺入适量Sc元素后可抑制A2B7型合金的氢致非晶化,但掺入Sc后合金易形成难吸氢的Sc Ni2相,这是合金电极容量不高的主要原因。

新型La-Mg-Ni系储氢合金相结构及其制备工艺研究进展

La-Mg-Ni系储氢合金因放电容量高、能量密度大和倍率性能好而成为最有前途的镍氢电池负极材料之一。然而,La-Mg-Ni系储氢合金存在制备困难、循环稳定性较差的缺点,严重阻碍其实际应用。如何优化制备工艺、提高循环稳定性,对于La-Mg-Ni系储氢合金是要解决的首要问题,相关研究具有重要的学术价值。一般来说,La-Mg-Ni系储氢合金主要包括AB_(3)、A_(2)B_(7)以及A_(5)B_(19)型三种晶体结构。三种晶体结构均是由一个AB_(2)型结构单元和一个或多个AB_(5)型结构单元沿c轴叠加而成。实际制备的La-Mg-Ni系储氢合金通常含有多相结构,其性能与合金的结构密切相关,而合金的结构又与合金的制备工艺密切相关。采用常规熔炼法制备La-Mg-Ni系储氢合金时,由于Mg的熔点和沸点均低于其他合金成分,在熔炼过程中的高温状态下Mg极易挥发。此外,Mg的挥发导致反应难以控制,使得合金成分不准确,严重影响合金的性能。为此,研究者们尝试采用先进的方法来制备La-Mg-Ni系储氢合金,如球磨、快速凝固、高压烧结、共沉淀-还原扩散法等,同时也尝试将多种方法联合使用来制备La-Mg-Ni系储氢合金,并探究了制备工艺对La-Mg-Ni系储氢合金相结构和电化学性能的影响。近年来,联合采用两种或两种以上工艺制备La-Mg-Ni系储氢合金的研究居多。研究表明,多种制备方法联合使用能够显著改变合金的电化学性能,特别是退火处理对储氢合金的循环稳定性起到有效的改善作用。本文首先介绍了La-Mg-Ni系储氢合金中超晶格合金相的结构。随后重点关注了近年来国内外对于La-Mg-Ni系储氢合金所采用的不同制备技术,包括熔炼法、机械合金化、烧结法、快淬法以及材料的后续处理等,并探讨了不同制备技术制得的合金的微观结构和电化学性能。同时,对各种制备方法进行综合评述,为如何制备出性能优良的La-Mg-Ni系储氢合金提供思路和依据。最后,对La-Mg-Ni系储氢合金的未来发展趋势进行了分析与展望。

合金化对Mg-Ni系合金储氢性能的影响:综述

Mg基合金具有储氢量大、质量轻、资源丰富、价格低廉等特点,但其较高的放氢温度和较慢的吸放氢速率是限制其应用的关键问题。合金化是改善Mg基储氢合金吸放氢热力学和动力学的有效方法,在纯Mg中添加Ni会形成Mg_(2)Ni,其吸放氢热力学与动力学均会得到明显改善,但仍不够理想,有待进一步提高。本文就合金化对Mg-Ni系合金储氢性能的影响进行了综述,整理了各合金元素的添加对Mg-Ni系合金吸放氢热力学与动力学的影响,最后对Mg-Ni系合金的发展进行了展望。

稀土系储氢合金的应用及研究进展

氢能源作为一种高效、无毒、无污染的二次能源受到了人们的广泛关注，它的普及应用除了解决如何经济的制取氢气外，更重要的是解决氢的高密度安全存储问题。在氢气存储的众多方式中，金属氢化物储氢被认为是最环保、安全和可操作性强的存储方法。

镁镍系储氢合金的制备研究

镁系储氢合金具有储氢量高，低成本，轻质化等优点。Mg和Mg2Ni的理论储氢量分别为7．6wt％和3．6wt％，远高于其它类储氢合金。但Mg-Ni系合金的室温下吸放氢动力学性质差，在碱性电解液中容易氧化，长期以来Mg2Ni储氢合金并未能向LaNi5型合金那样适用预Ni-MH的负极材料。近年来，对Mg2Ni型合金的性能研究表明，它的理论放电容量接近1000mAh／g，远高于当前主要商用LaNi5型合金（放电容量仅为370mAh／g）。