快淬Mg2Ni型合金的结构及贮氢动力学

用快淬技术制备Mg2-xLaxNi(x=0,0.2,0.4,0.6)贮氢合金,用XRD,SEM和HRTEM分析合金的微观组织结构;测试合金的气态及电化学贮氢动力学。结果表明:快淬二元Mg2Ni合金具有典型的纳米晶结构,而快淬La替代合金明显地具有非晶结构,La替代Mg提高Mg2Ni型合金的非晶形成能力。La替代Mg明显地改变Mg2Ni型合金的相组成,当x=0.4时,合金的主相改变为(La,Mg)Ni3+LaMg3。快淬及La替代明显影响合金的气态及电化学贮氢动力学,La替代使合金的吸氢动力学先降低后增加,但使合金的气态脱氢及电化学贮氢动力学先增加后降低。快淬对合金气态及电化学贮氢动力学的影响与合金的成分相关,对于La0.4合金,合金的气态吸氢动力学随淬速的增加先增加后减小,其放氢动力学随淬速的增加而增加。

Co替代Ni对快淬Mg_2Ni型合金结构及电化学贮氢性能的影响

为了改善Mg2Ni型贮氢合金的电化学贮氢性能,以Co部分替代合金中的Ni,用快淬工艺制备Mg2Ni型Mg2Ni1-xCox(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)合金,获得长度连续、厚度约为30μm、宽度约为25 mm的快淬合金薄带。并用XRD、SEM、HRTEM分析快淬态合金薄带的微观结构;用DSC研究快淬薄带的热稳定性;用程控电池测试仪测定合金薄带的电化学贮氢性能;探索Co替代Ni对快淬Mg2Ni型合金结构及电化学贮氢性能的影响。结果表明:在快淬无Co合金中没有发现非晶相,但快淬含Co合金中存在明显的非晶结构,证明Co替代Ni提高了Mg2Ni型合金的非晶形成能力。Co替代Ni使快淬态合金的热稳定性略有提高,显著地改善了合金的电化学贮氢性能,包括放电容量、电化学循环稳定性以及高倍率放电性能,这主要归因于Co替代Ni导致结构的变化以及非晶形成能力的提高。

La替代Mg对快淬纳米晶/非晶Mg_2Ni型合金贮氢动力学的影响

为了改善Mg2Ni型合金气态及电化学贮氢动力学性能,用La部分替代合金中的Ni,用快淬技术制备了Mg2-xLaxNi(x=0、0.2、0.4、0.6)合金,用XRD、SEM、HRTEM分析了铸态及快淬态合金的微观结构;用自动控制的Sieverts装置测试了合金的气态贮氢动力学性能,用程控电池测试仪测试了合金的电化学贮氢动力学。结果发现快淬二元Mg2Ni合金具有典型的纳米晶结构,而快淬La替代合金明显地显示具有非晶结构,表明La替代Mg提高Mg2Ni型合金的非晶形成能力。La替代Mg明显地改变Mg2Ni型合金的相组成。当x≤0.2时,La替代Mg不改变合金的主相Mg2Ni,但出现少量的LaMg3及La2Mg17相。而当La替代量x=0.4时,合金的主相改变为(La,Mg)Ni3+LaMg3。合金的气态及电化学吸放氢动力学对La含量及快淬工艺敏感,La替代使合金的吸氢动力学降低,但适量的La替代Mg可以明显改善合金的放氢动力学及高倍率放电能力。La替代对合金贮氢动力学性能的影响与合金的制备工艺密切相关,表明合金的组织结构是影响其贮氢动力学的重要因素。

Mn含量对Mg_2Ni型合金相形成及放电性能的影响

采用按比例混合合金粉末压制成圆柱试样,然后用低温烧结和随后机械球磨的方法制备了非晶态的Mg2Ni型合金。研究了烧结和球磨对不同Mn含量的Mg2Ni型合金的相形成过程及电化学性能的影响。实验表明:在Mg2Ni中采用第三组元Mn对Mg进行适量的替代后,通过烧结及球磨方法可以获得均匀的非晶相;微量替代可有效地提高其放电容量;随替代量的增加,合金最大放电容量和高速放电能力降低,而充放电循环稳定性提高。

快淬纳米晶Mg_2Ni型合金的贮氢性能

为了改善Mg2Ni合金的贮氢性能,用Cu部分替代合金中的Ni,用快淬工艺制备了纳米晶Mg2Ni型Mg20Ni10-xCux(x=0、1、2、3、4)合金。用XRD、SEM、HRTEM分析了铸态及快淬态合金的微观结构;用自动控制的Sieverts设备测试了合金的吸放氢动力学性能;用程控电池测试仪测试了合金电极的电化学贮氢性能。结果表明,所有的快淬态合金具有纳米晶结构,Cu替代Ni及快淬处理没有改变合金的Mg2Ni型主相。合金的吸放氢容量及动力学随淬速的增加而增加。此外,快淬处理显著地提高了合金的电化学贮氢容量,但使循环稳定性下降。

Co替代Ni对快淬纳米晶/非晶Mg_2Ni型合金吸放氢动力学的影响

为了改善Mg2Ni型合金的吸放氢动力学性能,用Co部分替代合金中的Ni。用快淬工艺制备了纳米晶和非晶Mg20Ni10-xCox(x=0,1,2,3,4)贮氢合金,分析了铸态及快淬态合金的微观结构,测试了合金的吸放氢动力学性能。研究了Co替代Ni及快淬工艺对合金吸放氢动力学性能的影响。结果表明,在快淬合金(x=0)中没有发现非晶相,但快淬合金(x=4)显示了纳米晶/非晶结构,表明Co替代Ni提高了Mg2Ni型合金的非晶形成能力。Co替代Ni不改变合金的Mg2Ni主相,但形成了第二相MgCo2。随Co替代量的增加,合金的吸氢量先增加而后减少,但其放氢量随Co替代量的增加而单调增加。

熔体快淬对纳米晶和非晶Mg_2Ni型合金贮氢动力学性能的影响

用快淬技术制备了名义成分为Mg2Ni1-xCox(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)的贮氢合金。获得长度连续,厚度约为30μm,宽度约为25mm的快淬合金薄带。用XRD、HRTEM表征了快淬态合金薄带的微观结构,用自动控制的Sieverts设备测试了合金的吸放氢动力学性能。用程控电池测试仪测定了合金薄带的电化学贮氢动力学。用电化学工作站测试了快淬薄带的交流阻抗谱(EIS)和Tafel极化曲线,测试了电位阶跃后的阳极电流与时间相应曲线,并计算了氢在合金中的扩散系数(D)。结果表明,快淬态合金具有纳米晶/非晶结构,且非晶化程度随淬速的增加而增加。此外,快淬处理显著地提高合金的贮氢动力学,当淬速从0m/s(铸态被定义为淬速0m/s)增加到30m/s时,快淬态(x=0.3)合金在5min内的吸氢饱和率(R5a)从81.9%增加到94.7%,20min的放氢率(Ra20)从34.9%增加到57.3%,氢扩散系数(D)从7.24×10-12cm2/s增加到3.66×10-11cm2/s,极限电流密度(IL)从121.7mA/g增加到880.7mA/g。

快淬纳米晶/非晶Mg_2Ni型合金的电化学贮氢性能

用快淬工艺制备了Mg2Ni型Mg2-xLaxNi(x=0,0.2)贮氢合金,用XRD、SEM、HRTEM等方法分析了合金的微观结构,结果发现,在快淬无La合金中没有出现非晶相,但快淬含La合金显示了以非晶相为主的结构,表明少量La替代Mg可以显著提高合金的非晶形成能力。电化学测试的结果表明,La替代可显著提高快淬态合金的放电容量、循环稳定性以及高倍率放电能力(HRD),这主要归因于在快淬态合金中形成纳米晶/非晶结构。

La替代Mg对快淬Mg_2Ni型贮氢合金结构及吸放氢动力学的影响

为了改善Mg2Ni型贮氢合金的吸放氢动力学性能,用La部分替代合金中的Mg。用快淬工艺制备了Mg2Ni型Mg2-xLaxNi(x=0、0.2、0.4、0.6)贮氢合金,获得长度连续,厚度约为30μm,宽度为25mm的薄带。用XRD、SEM、HRTEM分析了快淬态合金薄带的微观结构,用DSC研究了快淬薄带的热稳定性,应用Sieverts装置研究了快淬态合金的吸放氢动力学,探索了La替代Mg对快淬Mg2Ni型合金吸放氢动力学性能的影响。结果发现,在快淬无La合金中没有出现非晶相,但快淬含La合金显示了以非晶相为主的结构。表明La替代Mg显著提高Mg2Ni型合金的非晶形成能力。快淬合金的热稳定性随La含量的增加而上升。快淬态合金的吸氢量随La含量的增加而减小,但其放氢量在La含量x=0.2时有极大值,这主要归因于La替代Mg导致的结构变化。

La-Mg-Ni-Cu系Mg_2Ni型合金气态贮氢动力学

为了改善Mg_2Ni型合金的气态贮氢动力学性能,在合金中添加少量La,并用快淬工艺制备La-Mg-Ni-Cu系Mg_2Ni型(Mg_(24)Ni_(10)Cu_2)_(100-x)La_x(x=0,5,10,15,20)(摩尔分数,x%)合金。采用XRD、SEM及HRTEM分析铸态及快淬态合金的微观结构;采用全自动Sieverts测试仪测试合金的气态吸放氢动力学;采用差热分析仪测试不同加热速率下合金的放氢DSC曲线,并用Kissinger方程计算合金的放氢激活能。建立动力学与La含量及淬速的关系。结果表明:添加La不改变合金的主相Mg_2Ni相,但导致第二相La_2Mg_(17)和LaMg_3相出现,第二相的量随La含量的增加而增加。添加La和快淬有助于合金形成纳米晶-非晶结构,降低放氢激活能,从而改善放氢动力学。当La含量x从0增加到20时,铸态合金的放氢激活能E_k^(de)从73.18 kJ/mol下降到60.41 kJ/mol,而30m/s的快淬态合金的E_k^(de)值从66.16 kJ/mol下降到50.50 kJ/mol。

La替代Mg对Mg_2Ni型合金电化学贮氢性能的影响

用快淬工艺制备了纳米晶和非晶Mg2Ni型Mg2-xLaxNi(x=0,0.2,0.4,0.6)贮氢电极合金,获得长度连续,厚度约为30μm,宽度约为25mm的薄带。用XRD、SEM和HRTEM分析了快淬合金薄带的微观结构,测试了合金薄带的电化学性能及电化学交流阻抗谱(EIS)。快淬无La合金具有典型的纳米晶结构,但快淬含La合金显示了以非晶相为主的结构,表明La替代Mg2Ni中Mg元素提高了合金的非晶形成能力。当x≤0.2时,La替代Mg不改变合金的主相Mg2Ni,但出现少量的LaMg3及La2Mg17相。当La替代量x≥0.4时,合金的主相改变为(La,Mg)Ni3+LaMg3。铸态合金的放电容量随La含量的增加单调递增,快淬态合金的放电容量随La含量的变化而出现极大值。La替代Mg显著地提高了铸态及快淬态合金的循环稳定性。

Mg_2Ni型储氢合金电极材料研究进展

概述了当前Mg2Ni型储氢合金的研究状况以及提高Mg2Ni型合金电极性能所采用的主要方法,指出纳米非晶化、调整合金成分并复合改性是改善合金性能最有效的途径。

Al,Mn对Mg_2Ni型贮氢合金相形成及电化学性能的影响

采用压制烧结和随后机械合金化的方法制备了非晶态的Mg2 Ni型电极合金。研究了Al,Mn替代Mg后对合金相形成及电化学性能的影响。XRD测试显示 :各合金在 6 10～ 6 2 0℃经过 5h烧结后的相结构大部分为Mg2 Ni相 ,与Ni粉混合球磨 72h后全部转变为均匀的非晶相。电化学性能测试结果表明 :Al,Mn替代后的三元、四元合金的放电容量、高倍率性能较Mg2 Ni合金均有显著提高 ,其中四元Mg1 8Al0 15Mn0 0 5Ni合金的综合性能最佳。

Mg_2Ni型贮氢合金的研究与展望

报道了Mg2Ni型贮氢合金制备方法的研究进展。对熔炼法、粉末烧结法、扩散法、机械合金化法和氢化燃烧合成法等几种主要方法制备Mg2Ni合金的基本原理和方法进行了综述,并介绍了扩散球磨法、球磨扩散法和熔炼球磨法等制备技术的联用,总结了这些合金制备技术制取的合金的充放氢性能和电化学性能,并讨论了不同制备方法对合金性能的影响。总结了目前改善Mg2Ni型贮氢合金材料性能所用的主要方法,例如掺杂催化元素、制备复合材料、组元替代、表面化学镀等。指出采用反应机械合金化法、储氢合金组元调整以及添加催化剂是改善性能最有效的途径。

Mg_2Ni+Ni型贮氢合金相形成及电化学性能

采用压制烧结和随后机械合金化的方法制备了Mg2Ni+Ni型电极合金。研究了Al、Mn替代Mg后对Mg2Ni+Ni型合金相形成及电化学性能的影响。XRD测试显示:各合金在610～620℃经过5h烧结后的相结构大部分为Mg2Ni相,与Ni粉混合球磨72h后全部转变为均匀的非晶相。电化学性能测试结果表明:Al、Mn替代后再与Ni粉球磨后的合金,其放电容量、高倍率性能较Mg2Ni+Ni合金均有显著提高,其中Mg1.8Al0.15Mn0.05Ni+Ni合金的综合性能最佳。

快淬纳米晶/非晶Mg_2Ni_(1-x)Mn_x(x=0～0.4)合金电极的电化学性能

用快淬工艺制备了纳米晶和非晶Mg2Ni型Mg2Ni1-xMnx(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)合金,获得长度连续,厚度约为30μm,宽度约为25mm的薄带。用XRD、HRTEM分析了快淬合金薄带的微观结构,测试了合金薄带的电化学性能及电化学交流阻抗谱(EIS),测试了电位阶跃后的阳极电流-时间相应曲线,并计算了氢在合金中的扩散系数(D)。结果表明,快淬无Mn合金均具有典型的纳米晶结构,而快淬含Mn(x=0.4)合金显示了纳米晶和非晶结构,这证实Mn替代Ni有利于Mg2Ni型合金形成非晶相。Mn替代Ni及快淬处理显著地改善了合金的电化学贮氢性能,包括放电容量和电化学循环稳定性。合金的高倍率放电能力(HRD)随淬速的增加而单调上升,但随Mn替代量的变化HRD具有极大值。

快淬纳米晶Mg_2Ni_(1-x)Cu_x(x=0～0.4)合金的贮氢动力学

用快淬工艺制备了纳米晶Mg2Ni型Mg2Ni1-xCux(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)合金,研究了快淬工艺对合金结构及贮氢动力学的影响。用XRD、SEM、HRTEM分析了铸态及快淬态合金的微观结构;用自动控制的Sieverts设备测试了合金的吸氢动力学性能,用程控电池测试仪测试了合金的高倍率放电性能(HRD),用电化学工作站测试了合金的交流阻抗谱(EIS)以及电位阶跃后的阳极电流-时间相应曲线,并计算了氢在合金中的扩散系数(D)。结果发现,快淬态合金具有纳米晶结构,Cu替代Ni不改变合金的Mg2Ni型主相。快淬显著改善了合金的贮氢动力学,合金的吸放氢动力学及高倍率放电能力(HRD)均随淬速的增加而增加。

铸态和快淬态Mg_(20-x)La_xNi_(10)(x=0～6)合金的结构及贮氢性能

用铸造及快淬工艺制备了Mg2Ni型Mg20-xLaxNi10(x=0、2、4、6)贮氢合金。用XRD、SEM、HR-TEM分析了铸态及快淬态合金的微观结构,结果发现,在快淬无La合金中没有出现非晶相,但快淬含La合金显示了以非晶相为主的结构。用DSC研究了快淬合金的热稳定性,表明La含量及快淬对非晶相的晶化温度影响很小。应用Sieverts装置研究了铸态及快淬态合金的吸放氢动力学,发现铸态合金的吸放氢量及动力学随La含量的增加显著改善,且快淬显著地改善了(x=2)合金的吸放氢动力学。电化学测试的结果表明,铸态合金的放电容量随La含量的增加而增加,(x=2)合金的放电容量随淬速的增加而增加。La替代Mg显著地提高了铸态及快淬态合金的循环稳定性。

熔体快淬对纳米晶和非晶Mg_(20)Ni_(10-x)Co_x(x=0～4)合金电化学贮氢性能的影响

为了改善Mg2Ni型合金的电化学贮氢性能,用Co部分替代合金中的Ni。用快淬工艺制备了纳米晶和非晶Mg20Ni10-xCox(x=0、1、2、3、4)贮氢合金,分析了铸态及快淬态合金的微观结构,测试了合金的电化学贮氢性能。研究了Co替代Ni及快淬工艺对合金电化学贮氢性能的影响。结果表明,Co替代Ni不改变合金的Mg2Ni主相,但形成了第二相MgCo2。在快淬(x=0)合金中没有发现非晶相,但快淬(x=4)合金显示了纳米晶、非晶结构,表明Co替代Ni提高了Mg2Ni型合金的非晶形成能力。熔体快淬显著的改善了合金的电化学贮氢性能,合金放电容量和电化学循环稳定性均随淬速的增加而增加。

快淬工艺对Mg_(2-x)La_xNi(x=0～0.6)合金电化学贮氢性能的影响

为了改善Mg2Ni型合金的电化学贮氢性能,用La部分替代Mg,并用铸造及快淬工艺制备了Mg2-xLaxNi(x=0、0.2、0.4、0.6)贮氢合金。用XRD、SEM、HRTEM分析了铸态及快淬态合金的微观结构,用程控电池测试仪测试了合金的电化学贮氢性能,研究了快淬工艺对合金结构及电化学性能的影响。结果发现,La替代Mg明显地改变Mg2Ni型合金的相组成。当x≤0.2时,La替代Mg不改变合金的主相Mg2Ni,但出现少量的LaMg3及La2Mg17相;当La替代量x≥0.4时,合金的主相改变为(La,Mg)Ni3+LaMg3相。La替代Mg提高了Mg2Ni合金的非晶形成能力,快淬态合金均具有明显的纳米晶/非晶结构。快淬对合金电化学性能的影响与合金的成分相关,快淬显著地提高了Mg1.8La0.2Ni合金的电化学贮氢性能,但对于Mg1.4La0.6Ni合金,快淬导致了完全相反的结果,这主要与La替代使合金的主相发生改变相关。