汽车电池用La-Mg-Ni基储氢合金的元素替代及电化学性能

采用感应熔炼方法制备了La_(0.7)R_(0.1)Mg_(0.2)Ni_(3.35)Al_(0.15)(R=La/Nd/Sm)储氢合金,研究了稀土元素Nd/Sm替代La对储氢合金相结构和电化学性能的影响。结果表明,采用Nd或Sm替代La时,储氢合金物相组成未发生改变,仍由LaNi_(5)、(LaMg)_(2)Ni_(7)和(LaMg)_(5)Ni_(19)相组成,但储氢合金中LaNi_(5)相和(LaMg)_(5)Ni_(19)相丰度会增加、(LaMg)_(2)Ni_(7)相丰度减小。R为La、Nd和Sm时储氢合金的最大放电比容量均在第2次充放电循环时获得,分别为377 mAh/g、382 mAh/g和376 mAh/g;采用Nd或Sm替代La,储氢合金高倍率放电性能、24 h荷电保持率和充放电循环100次时的容量保持率都不同程度地增加,且R为Nd时储氢合金的相应值最大。采用Nd或Sm替代La会使得储氢合金的交换电流密度、氢扩散系数增加,储氢合金电极的高倍率放电性能与交换电流密度和氢扩散系数变化趋势一致,表明储氢合金电极的高倍率放电性能由交换电流密度和氢扩散系数共同决定。

行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响

研究了在凝固过程中行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响。结果表明,随着磁场电流强度的增加,在晶粒细化的同时,合金的组织形貌逐渐向等轴晶转变,树枝晶在磁场的作用下尺寸不断减小。磁场电流为90 A时晶粒细化效果最好,铸锭几乎全部由细小的等轴晶组成,晶粒尺寸降至(0.5±0.19) mm,相比于未加行波磁场的合金,晶粒细化了约94%。采用透射电子显微镜对显微组织进行观察,并对衍射花样进行标定,发现晶界处的析出相为δ-Ni2Si。在磁场电流为60 A的条件下,合金的拉伸性能最好,与未施加磁场的样品相比,屈服强度提高了41.8%,抗拉强度提高了12.9%,但合金的硬度不受行波磁场影响。本文通过行波磁场细化晶粒,为提高时效强化型铜合金的强度提供了一种可规模化生产的技术。

Ce-La添加量对汽车用Al-Si-Cu-Mg-Ni合金组织与力学性能的影响

对Al-Si-Cu-Mg-Ni合金中添加了不同量的Ce-La复合稀土,通过显微组织观察、力学性能测试研究了不同Ce-La复合稀土添加量对铸态Al-Si-Cu-Mg-Ni合金组织与力学性能的影响。结果表明:未添加稀土的Al-Si-Cu-Mg-Ni合金中有大量块状的初生Si相和针状共晶Si相存在。随着Ce-La复合稀土添加量的增加,合金中的初生Si相直径和共晶Si相尺寸先减小后增加。Ce-La稀土添加量为0.4wt%时,合金中的初生Si相直径和共晶Si相尺寸最小。随着Ce-La复合稀土添加量的增加,Al-Si-Cu-Mg-Ni合金的抗拉强度和伸长率先升高后降低,Ce-La复合稀土添加量为0.4wt%时,合金的抗拉强度和伸长率均达到最大值,分别为296.5 MPa和2.9%。

挤压Mg-Y-Ni-Co合金的显微组织和力学性能

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和万能试验机,研究了挤压Mg-2.19Y-0.66Ni-0.76Co(摩尔分数,%)合金板材的显微组织和力学性能。结果表明:铸态合金主要由α-Mg基体、晶内14H-LPSO相、分布在晶界的18R-LPSO、Mg Y(Co,Ni)_(4)及少量弥散的富Y相组成。均匀化过程中合金发生由晶界的18R-LPSO相向晶内的14H-LPSO相的相转变。挤压后合金发生动态再结晶,晶粒显著细化,并形成弱的基面织构,第二相碎化并沿挤压方向分布。拉伸测试结果显示,挤压合金表现出优异的强塑性匹配,其室温的屈服强度(σ_(TYS))、极限抗拉强度(σ_(UTS))和断裂伸长率(ε)分别为277.2 MPa、199.3 MPa和32.77%。该合金表现出良好的强度和塑性平衡(采用极限抗拉强度断裂伸长率的乘积值表达塑性:σ_(UTS)×ε=9.08 GPa·%),其室温下高的拉伸强度主要是由于晶粒细化和LPSO相强化,而良好的延展性主要归因于晶粒细化和织构弱化。

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。

Ni/Mg-Al_(2)O_(3)催化剂制备方法对催化CH_(4)-CO_(2)重整反应性能的影响

分别采用一锅法、改进的沉积沉淀法和真空浸渍法制备了具有不同结构的Ni/Mg-Al_(2)O_(3)催化剂,采用XRD、TEM、XPS、H_(2)-TPR、N_(2)吸附-脱附等手段对催化剂进行表征分析,并探究了其催化CH_(4)-CO_(2)重整反应的性能。结果表明:不同催化剂制备方法影响了催化剂中金属和载体间的相互作用,进而使其表现出不同的CH_(4)-CO_(2)重整反应性能;与改进的沉积沉淀法和真空浸渍法相比,以一锅法制备的催化剂具有更强的金属-载体间相互作用、更大的比表面积和更规整的介孔结构;在反应温度为750℃、压力为0.1 MPa、反应物CH_(4)/CO_(2)摩尔比为1、MHSV为32 L/(g·h)的条件下,CH_(4)转化率为90.16%,且在反应20 h内未发生明显改变,表现出较好的稳定性。

超声振动对含LPSO结构的Mg_(98)Y_(1.0)Ni_(0.5)Al_(0.5)合金显微组织与力学性能的影响

低Y、Ni含量的LPSO结构增强镁合金具有低成本、优异力学性能的特点。为进一步提升其综合力学性能,掺杂Al元素及熔体超声振动处理是可行的途径。通过扫描电子显微镜、能谱分析、透射电子显微镜、X射线衍射和纳米压痕测试研究掺杂Al元素后低Y、Ni含量的Mg_(98)Y_(1.0)Ni_(0.5)Al_(0.5)合金的显微组织,对比超声振动对显微组织与力学性能的影响。掺杂Al后LPSO结构的含量降低,且在块状LPSO结构相邻处析出圆整的Al_(2)NiY相。Al_(2)NiY相与LPSO结构和Mg基体在界面处均不共格。通过对熔体施加超声振动处理后,Al_(2)NiY相被有效细化为短片状,并均匀分布在基体中,阻碍微裂纹的产生和扩展,从而提高Mg98Ni0.5Y1.0Al0.5合金的力学性能。与未经超声处理Mg_(98)Ni_(0.5)Y_(1.0)Al_(0.5)合金相比,其极限抗拉强度和伸长率提升至187 MPa和7.9%,分别增长21.4%和105.7%。

NaCl-KCl熔盐中Mg2+的电化学行为及Mg-Ni合金电解制备

在700℃NaCl-KCl共融盐中,系统研究了W、Ni电极上Mg2+的电化学行为及Mg-Ni合金的形成机理。结果表明:Mg2+在W电极上还原为金属Mg是一步得到2个电子的反应,低扫描速率下该反应是受扩散控制的准可逆过程,扩散系数约为3.3×10^(-5)cm^(2)/s;且金属Mg的电沉积过程遵循连续成核模式。而Mg在Ni电极上可发生欠电位沉积,形成Mg-Ni合金。根据两相共存态下Mg-Ni金属间化合物的平衡电位,计算得到了Mg-Ni合金中Mg的相对偏摩尔吉布斯自由能与活度,以及不同Mg-Ni金属间化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能等热力学参数。在NaCl-KCl-1.5%MgCl2熔盐体系中,于-2.0V进行恒电位电解8h制得了Mg-Ni合金。XRD和SEM-EDS分析结果表明,合金产物主相为Mg2Ni,并含有MgNi2相,表明在NaCl-KCl-MgCl2熔盐体系中以Ni为自耗阴极可制得Mg-Ni合金。

热轧变形量对Mg_(97)Ni_(1)Y_(2)合金组织和力学性能的影响

热塑性变形可有效提高含长周期堆垛有序(LPSO)相Mg-Ni-Y合金的力学性能。采用扫描电镜、电子背散射衍射和拉伸试验,研究了热轧变形量对Mg_(97)Ni_(1)Y_(2)合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,LPSO相在热轧过程中发生了扭折变形,随着热轧变形量从40%提高到70%,LPSO相扭折变形角度从11°增加到了29°,并且出现了部分断裂。此外,合金在70%的变形量下获得了尺寸细小的动态再结晶晶粒。在LPSO相扭折强化、细晶强化和弥散强化的共同作用下,合金的强度随热轧变形量的增加而提高,热轧变形量最大(70%)的合金获得了最高的强度:屈服强度达到了276 MPa,抗拉强度达到了358 MPa。

La_(2)Mg(Ni_(1-x)Al_(x))^_(9)(x=0.1,0.2)合金的相组成及储氢性能研究

研究了Al替代对AB 3型La_(2)Mg(Ni_(1-x)Al_(x))_(9)(x=0.1,0.2)合金相组成、储氢性能和失效行为的影响.表明Al在常温下促进La(Ni,Al)_(5)相含量的提高和LaMg_(2)Ni相的形成,并导致合金放氢困难和电化学放电容量的降低.由于La_(2)MgNi_(2)和LaMg_(2)Ni相含量的增加,合金耐KOH的腐蚀性降低.腐蚀产物主要为La(OH)_(3),La_(2)O_(3)和Mg(OH)_(2).通过Al替代改善合金电化学放电和循环稳定性的关键在于优化其中的相组成类型.

微束等离子体重熔Mg-12Dy-1.1Ni合金的显微组织和腐蚀性能

本文研究了微束等离子体重熔(MPRMed)Mg-12Dy-1.1Ni (wt%)合金的显微组织和腐蚀性能。铸态合金主要由α-Mg相、具有18R-LPSO结构的片层状Mg12DyNi相和Mg24Dy5相组成。经微束等离子体重熔后,铸态合金的晶粒尺寸显著细化至11μm,18R-LPSO相体积分数由18.3%增加至26.0%,并呈连续网状分布。电化学和浸泡实验结果表明,在0.1 mol/L NaCl溶液中,MPRMed合金的失重速率(0.31 g/(cm2·d))和腐蚀电流密度(605.3μA/cm2)均低于铸态合金,其中腐蚀电流密度较铸态合金减少了38.5%。该MPRMed合金优异的耐腐蚀性能主要源自于其均匀的显微组织、致密的腐蚀产物和连续分布的18R-LPSO相。

Al-Si-Cu-Ni-Mg合金凝固组织调控及对高温拉伸性能的影响

应用JMatPro软件、金相显微镜、高温拉伸试验机和扫描电镜研究了浇注温度和模具温度对Al-Si-Cu-Ni-Mg合金凝固组织及高温拉伸性能的影响。结果表明:Al-Si-Cu-Ni-Mg合金的凝固组织主要为α-Al和共晶硅,合金中的强化析出相主要为δ-Al_(3)CuNi、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)、γ-Al_(7)Cu_(4)Ni、ε-Al_(3)Ni和Mg_(2)Si相;当控制浇注温度710℃,模具温度150℃时,Al-Si-Cu-Ni-Mg合金中α-Al晶粒、共晶硅、富Ni相、Q相、Mg_(2)Si相尺寸最小,组织均匀程度和高温拉伸性能达到最佳。

La_(0.7)Mg_(0.3)Ni_(2.5-x)Co_(0.6)Mn_(0.4)Cu_(x)(x=0~0.20)储氢合金的制备及电化学性能研究

采用共沉淀还原扩散法获得了La-Mg-Ni系A2B7型La_(0.7)Mg_(0.3)Ni_(2.5-x)Co_(0.6)Mn_(0.4)Cu_(x)(x=0~0.20)系列储氢合金,并深入探讨其电化学、动力学性能及结构特征。结果发现,合金的最大放电容量和循环稳定性能有很大程度的改善,动力学性能也相应的提升,活化性能并未受到影响,因Cu与Ni原子半径相近,其结构并没有因Cu的取代而发生改变,合金相结构主要由(La,Mg)2Ni7和LaNi5相组成。

镁改性对Ni-Mo/Al_(2)O_(3)体系催化剂烯烃选择性能的影响

为探究助剂改性对催化加氢催化剂烯烃芳烃选择性能的影响,采用超声辅助沉淀法制备出不同镁含量的系列Mg-Al_(2)O_(3)载体,后采用等体积浸渍法制备出Ni-Mo/Mg-Al_(2)O_(3)催化剂,并对催化剂进行了XRD、BET、XPS、NH_(3)-TPD和H_(2)-TPR等表征分析。结果显示,引入的镁助剂与氧化铝载体有效结合改善了催化剂的孔道织构特性,降低了催化剂的酸性,改善了活性组分的分布形态,促进了更多活性更高的NiMoS-Ⅱ型相的生成。在固定床加氢反应器中,使用催化裂解汽油(DCC汽油)作为评价原料,探究催化剂的加氢脱硫(HDS)、加氢脱氮(HDN)性能及催化剂对芳烃和烯烃选择性的影响。结果表明,经过镁助剂改性的催化剂,产物加氢脱硫脱氮率能达到99.9%,并且当镁助剂引入量为3%(质量分数)时,烯烃饱和率大于99%,芳烃损失率仅为7.2%。镁助剂的引入有效提高了催化剂的加氢脱硫脱氮能力,通过对Mg助剂含量的控制可以调变催化剂的烯烃芳烃选择性能,对目前催化加氢催化剂选择性能的提升具有较大的研究意义。

La-Mg-Ni系AB_3型贮氢电极合金的相结构与电化学性能

XRD Rietveld分析显示,LaxMg3-xNi9(x=1.0-2.3)均由六方PuNi3型结构的主相及少量LaNi5及MgNi2杂相组成,主相的晶胞参数随x的增加而线性增大.合金的氢化物仍保持PuNi3型结构,但其晶胞体积有较大的膨胀.电化学测试表明,随x增加,合金的最大放电容量由88.3(x=1.0)逐渐增大到397.5 mA·h/g(x=2.0),然后又降低到230 mA·h/g(x=2.3).对放电容量超过348 mA·h/g的合金(x=1.7-2.2),在放电电流i=400-1200 mA/g的条件下,合金的高倍率放电性能(HRD)均随x增加而有不同程度的降低. HRD的缓慢降低主要与合金电极进行电荷迁移反应时的电催化活性的逐渐降低有关,而在x>2.0时,HRD的快速降低与氢在合金中的扩散速率明显降低有关.上述合金经100次循环后合金的容量保持率为55.7％-62.9％,容量衰退较快与循环过程中La和Mg的氧化腐蚀以及合金较大的吸氢体积膨胀率有关.

Al对La-Mg-Ni系贮氢合金电极电化学性能的影响

采用固相扩散法制备La0.7Mg0.3Ni3.5-xAlx(x=0,0.1,0.3,0.7,1.0)和La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.7-xAlx(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)贮氢合金,采用X射线衍射、能谱分析及循环伏安等方法分析合金的相结构和电极电化学性能,研究元素Al替代对合金电化学性能的影响。结果表明:合金由LaNi5、La2Ni7和LaNi3三相组成,随着Al替代量的增加,La2Ni7相晶胞逐渐膨胀,LaNi5相大量减少,LaNi3相增加,La2Ni7相有利于合金电化学性能的提高,然而过高的Al含量会对合金的放电性能带来不利影响。La0.7Mg0.3Ni3.4Al0.1和La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.6Al0.1合金电极的最大放电容量分别为354.5 mA.h/g和373.1 mA.h/g。循环伏安测试显示较明显的氧化峰和还原峰,且峰电位差较小,反映合金电极较好的吸放氢反应可逆性。

热处理对La-Mg-Ni系贮氢电极合金性能的影响(Ⅱ)贮氢及电化学性能

用冷坩埚磁悬浮熔炼方法制备铸态La0.7Mg0.3(Ni0.81Co0.15Al0.04)3.4贮氢电极合金,并分别在1073、1173和1273K温度下热处理8h得到不同的热处理态合金,采用ICP-AES、三电极体系、显微硬度测试、XRD、SEM及EDS等研究合金的Mg含量、电化学性能、显微硬度及相应电极的表面状态。ICP-AES分析表明,合金的Mg含量随着热处理温度的升高而降低。P-C-T曲线显示随着热处理温度的升高,合金放氢平台的平台区域先变宽后变窄,平台压力先降低后升高再降低,平台先变得平坦后倾斜。电化学性能测试表明,合金电极的最大放电容量先增加后减小,循环稳定性先提高后有所降低;其中1173K,8h热处理态La0.7Mg0.3(Ni0.81Co0.15Al0.04)3.4合金具有良好的综合电化学性能,可以用作高容量电极材料。

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。

Mg-Ni系储氢合金元素取代改性的研究进展

综述了对Mg-Ni系储氢合金进行元素取代改性的最新研究进展,分析了Mg-Ni系储氢合金A、B两侧元素的构成,并分别按Mg-Ni系中A、B两侧元素的性质,讨论了这些元素部分取代A_2B型Mg_2Ni和AB型MgNi合金中的Mg和Ni对Mg-Ni系合金储氢性能的影响。对近年来研究的多元Mg基储氢合金的充放氢性能和电化学性能进行了系统的阐述,总结了取代元素在降低Mg-Ni系储氢合金的氢化物生成热和放氢温度、提高合金电极循环寿命时的作用。

La0.55Pr0.05NdxMg0.4-xNi3.3Al0.1(x=0.10～0.20)储氢合金的研究Ⅱ：电化学性能

研究了La0.55Pr0.05NdxMg0.4-xNi3.3Al0.1(x=0.10,0.15,0.20)储氢合金的电化学性能。随着合金中Nd/Mg比的增加,合金电极的放电平台逐渐降低,电极极化减小。x=0.15的合金具有较高的电化学容量(372mAh.g-1),而x=0.10的合金具有较好的倍率放电能力(HRD1800=73.1%)。合金电极的循环寿命随着Nd含量的增加而逐渐改善。合金电极的电化学阻抗谱(EIS)表明,随Nd含量减小,合金电极的电荷迁移电阻逐渐减小,动力学性能增强。线性极化测试表明,随着Nd/Mg比的减小,合金电极表面的电化学反应速率增加。通过合金电极阳极电流对时间响应的半对数曲线计算的氢扩散系数随着Nd/Mg比降低而增加,说明合金内部的氢扩散能力也提高。