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。

Mg_2Ni型合金与AB_5型稀土储氢合金纳米复合对电极性能的影响

对由两步法 (由机械合金化和烧结两个步骤组成 )制备的Mg2 Ni型储氢合金进行高能球磨处理 ,然后对球磨后的Mg2 Ni合金粉进行化学镀及与AB5型合金进行复合等处理。利用X射线衍射 (XRD)、扫描电镜(SEM)分析了经过处理的材料的微观结构 ,并用模拟电池法测定了该材料的电极性能 ,并讨论了化学镀和与AB5型储氢合金复合等因素对Mg2

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.

(LaCa_(3))_(0.5-x)Mg_(1+4x)Ni_(9)(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)合金微观结构及储氢性能研究

AB3型La⁃Mg⁃Ni系列储氢合金由于储氢容量优异、放电容量高、活化快等优势受到储能领域的关注.采用真空感应熔炼法制备了(LaCa_(3))_(0.5-x)Mg_(1+4x)Ni_(9)(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)合金,表征合金的微观结构并测试储氢合金性能差异,研究合金A侧元素比例对合金性能影响的内在机理.合金活化性能受Mg元素取代量的影响明显,活化吸放氢速率随着Mg质量分数的增加先增加后减小.随着Mg替代量的增加,合金的最大吸放氢容量分别由1.866%和1.311%提高到1.972%和1.732%,吸放氢焓变绝对值分别由15.71 kJ/mol和17.88 kJ/mol降低到8.88 kJ/mol和9.28 kJ/mol,其热稳定性降低,这对改善热力学性能有积极作用.

La/Y比对A_(2)B_(7)型La⁃Y⁃Ni储氢合金性能的影响

采用真空熔炼法制备了不同La/Y比的A_(2)B_(7)型La_(x)Y_(3-x)Ni_(9.7)Mn_(0.5)Al_(0.3)(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)储氢合金。通过XRD、SEM、气相PCT曲线和电化学充放电循环曲线测试等方法,系统研究了A侧Y元素部分替代La元素对合金相结构和合金性能的影响。结果表明,制备的合金主相为Ce_(2)Ni_(7)相,同时还含有少量Gd2Co7相、PuNi_(3)相和LaNi_(5)相。主相Ce_(2)Ni_(7)相丰度随着La/Y比增加而逐渐增大,当La/Y比为1∶2时,LaY_(2)Ni_(9.7)Mn_(0.5)Al_(0.3)合金吸氢量最大,为1.317%。经过150次充放电循环,LaY_(2)Ni_(9.7)Mn0.5 Al0.3合金容量保持率最高,为54.2%。

退火处理对A_2B_7型La_(0.63)(Pr_(0.1)Nd_(0.1)Y_(0.6)Sm_(0.1)Gd_(0.1))_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)储氢合金相结构和电化学性能的影响

利用高频感应熔炼法制备La0.63(Pr0.1Nd0.1Y0.6Sm0.1Gd0.1)0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1储氢合金,对铸态合金在900℃下退火热处理24h。结构分析表明,铸态合金微观组织由CaCu5型结构、Ce5Co19型结构及Ce2Ni7型结构三相组成,而退火合金则是单相Ce2Ni7型结构。铸态和退火合金电极均具有良好的活化性能,退火合金电极放电曲线更为平坦和宽阔。两种合金电极腐蚀电位基本一致,但铸态合金电极腐蚀电流更大。合金经过退火后其电极循环稳定性(S100=83.5%)明显优于铸态合金电极(S100=69%)。在100次电化学充放电循环内,低容量充电时,退火合金电极容量不衰减,合金电极容量衰减的充电容量临界点为活化最大放电容量(Cmax)的90%。铸态和退火合金电极动力学性能差别不大,铸态合金电极高倍率放电主要由氢在其体相中扩散控制,退火合金电极高倍率放电则主要由其表面电荷转移控制。

Mg_2Ni型镁基储氢合金研究新进展

镁基储氢合金因其具有较高的储氢容量、资源丰富和良好的吸放氢平台而被认为是最具应用价值的金属储氢材料之一.综述了镁基储氢材料尤其是Mg2Ni型镁基储氢合金材料实验和理论研究的新进展,讨论了现有的镁基储氢合金材料的优缺点,同时也提出一些尚需深入研究的问题.

A2B7型La-Y-Ni与La-Mg-Ni储氢合金电化学性能研究

采用感应熔炼法制备了A2B7型La-Y-Ni储氢合金,与市售的A2B7型La-Mg-Ni合金进行对比,分别测试了合金的XRD和PCT曲线,通过模拟电池测试系统和密封镍氢电池两种方式进行全面电化学性能测试。结果表明:两种合金均由两相组成,La-Y-Ni合金存在两个吸放氢平台,均高于La-Mg-Ni合金的吸放氢平台;模拟电池测试发现两种合金的容量一致,La-Mg-Ni合金的寿命好于La-Y-Ni合金;密封镍氢电池测试结果显示:La-Y-Ni电池的充电内阻比La-Mg-Ni电池高3.7 mΩ,导致容量发挥略低,但其循环寿命表现出明显的优势。

La-Mg-Ni系A_2B_7与A_5B_(19)型相结构储氢合金的电化学性能

系统研究了由较单一的A2B7与A5B19型相结构组成的储氢合金的电化学性能。以La-Mg-Ni系La0.83Mg0.17NixMn0(.1x=3.4,3.6)为研究对象,合金在1173K进行不同时间退火处理,通过XRD及Rietveld全谱拟合方法和扫描电镜背散射分析表明,在1173K退火8h分别可得到较单一的A2B7与A5B19型相结构合金。对较单一的A2B7与A5B19型物相合金进行电化学测试,结果表明:A2B7型相结构储氢合金的活化次数与A5B19型相结构储氢合金的活化次数基本相同,A2B7型物相合金的最大放电容量(386.12mAh/g)略高于A5B19型物相合金的最大放电容量(371.38mAh/g)。A2B7与A5B19型物相合金电极100个循环容量保持率都在85%以上,且差别不大。A5B19型相结构合金的高倍率放电性能(HRD900=85%)高于A2B7型相结构合金的高倍率放电性能(HRD900=76.6%)。

A_2B_7型La_(0.63)(Pr,Nd,Y,Sm,Gd)_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)储氢合金微观组织和电化学性能研究

用Pr、Nd、Y、Sm和Gd按一定比例组成混合稀土对La进行部分替代,通过分别增加混合稀土中各元素的含量获得5种合金试样(分别用Pr0.6、Nd0.6、Y0.6、Sm0.6和Gd0.6表示),研究了混合稀土组成对A2B7型La_(0.63)(Pr,Nd,Y,Sm,Gd)_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.1)Co_(0.3)Al_(0.1)退火合金微观结构与电化学性能的影响规律。合金相结构分析表明,合金微观组织均由主相2H-Ce2Ni7型和CaCu5型第二相组成,其中Y0.6合金的Ce2Ni7型相丰度最高(93.3%(质量分数))。合金中Ce2Ni7型和CaCu5型相晶胞体积均随A端元素平均原子半径的减小而逐渐降低。电化学分析表明,合金放氢平台压力为0.013~0.054 MPa,最大储氢量(Hmax/M)为1.23%~1.42%(质量分数),其中Y0.6合金具有最高的电化学放电容量(404.4 mAh/g)和最佳的容量保持率(S100=93.50%);合金电极高倍率放电性能HRD按试样Gd0.6、Sm0.6、Y0.6、Nd0.6、Pr0.6顺序依次减小。混合稀土中适量增加Y元素可显著提高和改善合金电极的综合电化学性能。

掺Cr纳米晶Mg_2Ni合金的气态储氢性能

纳米晶Mg2 Ni1-xCrx(x =0 ,0 .1,0 .2 ,0 .3)合金由纯Mg、Ni、Cr粉在 5 0 0℃经 3h烧结后机械球磨而成。在 2 10℃吸氢、2 5 0℃放氢的条件下 ,添加Cr后合金的最大吸放氢量明显提高 ;纳米Mg2 Ni0 .8Cr0 .2 合金的气态储氢量和吸氢动力学性能较好 ,第一次放氢量就达到 3.0 % ,并且循环稳定性良好 ,吸氢后生成Mg2 NiH4 、Mg2 NiH0 .2 4 相。纳米Mg2 Ni0 .7Cr0 .3 合金的放氢量在不经过活化的条件下便达到最大值 ,然而循环稳定性差 ,这是由于循环过程中有MgH2

Mg_2Ni纳米晶储氢材料的机械合金化制备工艺研究

利用机械合金化方法制备了Mg2 Ni纳米晶粉末 ,根据不同球磨参数下样品的X射线衍射结果 ,分析了球磨过程中相组成、粉末晶粒度等的变化 ,研究了球磨时间、球磨转速、过程控制剂等工艺条件对粉末晶粒度、机械合金化程度的影响。结果表明 :在较高的转速下进行循环变速运行并加入合适的过程控制剂可以使生成Mg2 Ni的时间提前 ,完全合金化的过程缩短 ,得到的Mg2 Ni晶粒度为 10nm左右。对Mg2 Ni纳米晶粉末进行了初步的贮氢性能研究 ,结果表明 :机械合金化制备的样品在室温下即可吸氢 ,贮氢性能较之传统材料有较大改善。

银和铝对Mg_2Ni合金储氢性能的影响

用氢化燃烧法合成Mg2-xAgxNi(x=0.05,0.1,0.2,0.5)和Mg2-xAlxNi(x=0,0.1,0.2,0.5)。PCT结果说明合成的Mg Ni Ag和Mg Ni Al储氢合金材料具有很高的活性和理想的储氢性能。对两个体系的PCT结果分别进行计算,得出温度和氢平衡压的关系式。在423K时Mg1.8Ag0.2Ni在5min之内的放氢量为2.14%/min(质量分数);Mg1.5Al0.5Ni在α+β相区的吸氢速率为4.88%/min(质量分数),放氢速率为1.26%/min(质量分数)。用XRD方法进行物相分析表明:添加少量银没有改变Mg2Ni的结构;添加铝却改变了Mg2Ni的结构,使储氢合金材料的储放氢动力学性能均得到改善。

Co替代Ni改善纳米晶和非晶Mg_2Ni型合金的贮氢动力学(英文)

为了改善Mg2Ni型合金的贮氢动力学性能,用Co部分替代合金中的Ni,用快淬技术制备了Mg2Ni1?xCox(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)贮氢合金。用XRD、HRTEM表征了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定了合金薄带的电化学贮氢动力学。结果表明:Co替代Ni提高了Mg2Ni型合金的非晶形成能力,合金的非晶化程度随着Co含量的增加而增加。此外,Co替代Ni显著地改善了合金的贮氢动力学,当Co含量从0增加到0.4时,快淬态(15m/s)合金在5min内的吸氢饱和率从81.2%增加到84.9%,20min的放氢率从17.60%增加到64.79%,氢扩散系数从1.07×10-11cm2/s增加到2.79×10?11cm2/s,极限电流密度从46.7mA/g增加到191.7mA/g。

快淬纳米晶/非晶Mg_2Ni型合金的电化学贮氢性能(英文)

用快淬工艺制备纳米晶和非晶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30μm,宽度约25mm的薄带。用XRD、HRTEM分析快淬合金薄带的微观结构,用程控电池测试仪测试合金薄带的电化学性能,用电化学工作站(PARSTAT2273)测试快淬薄带的交流阻抗谱(EIS),测试电位阶跃后的阳极电流—时间响应曲线,并计算氢在合金中的扩散系数(D)。结果表明,快淬(x=0)合金均具有典型的纳米晶结构,而快淬(x=0.4)合金显示纳米晶和非晶结构,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。当Mn替代量从0增加到0.4时,20m/s快淬态合金的放电容量从96.5mA·h/g增加到265.3mA·h/g,20次充放循环后的容量保持率(S20)从31.3%增加到70.2%。此外,高倍率放电能力(HRD)、交流阻抗(EIS)以及电位阶跃测试结果都表明,随着Mn替代量的增加,合金电极的电化学动力学性能先增加而后降低。

Mg_2Ni纳米储氢合金结构及电化学性能研究

利用高能球磨方法制备纳米Mg2Ni储氢合金,用于高容量MH/Ni电池氢化物电极电化学性能研究.XRD和TEM测试结果表明,机械合金化方法制备Mg2Ni合金的历程为合金化--非晶化--纳米晶化,球磨时间直接影响Mg2Ni合金的结构.高能球磨20h可以制备非晶态Mg2Ni合金,比普通的机械合金化方法制备非晶态Mg2Ni合金的时间减少了约5倍之多;高能球磨30h可以制备纳米晶态Mg2Ni合金,粒径在10nm以下,有团聚现象.研究了Mg2Ni纳米氢化物电极在不同温度下的电化学性能,并从热力学角度就Mg2Ni纳米氢化物电极的某些高温电化学性能进行了解释和推测.实验结果表明:在30～70℃范围内,随着温度增加,氢化物电极的电化学容量逐渐增加,在70℃时电化学容量可达530.5mAh/g,约为30℃放电容量273.2mAh/g的2倍,Mg2Ni纳米氢化物电极具有较好的高倍率放电性能及大电流充放电性能,这表明机械合金化方法制备的Mg2Ni纳米氢化物电极具备电动车用大型MH/Ni电池负极材料的初步条件,但容量衰减严重.

苯溶液中球磨La_2Mg_(16)Ni合金的储氢性能

对苯溶液中球磨的La2 Mg16Ni合金的储氢性能进行了研究。XRD和SEM分析表明 :球磨后合金颗粒粒径减小 ,且有明显的非晶化趋势 ;由合金和有机苯溶剂在球磨过程中形成的EDA (electrondonor acceptor)体系极大地提高了合金的活化性能 ;球磨后的合金即使在低温下也具有良好的吸氢速率 ;延长球磨时间 ,可改善合金的吸氢性能。

镁的氢化反应对氢化燃烧合成储氢合金Mg_2NiH_4纯度的影响

本文主要通过改变在镁氢化反应温度的保温时间 ,研究不同合成压力、合成温度下 ,中间反应—镁的氢化反应对氢化燃烧合成Mg2 NiH4 的影响。初步探讨了镁的氢化反应与燃烧合成Mg2 Ni反应及其氢化反应的内在联系。研究结果表明 :镁的充分氢化在促进Mg Ni燃烧合成反应的同时有效地提高了Mg2 Ni的氢化活性 ,这一结果为工业化低压合成纯Mg2 NiH4 提供了可行途径 ,但在低温下仅延长镁的氢化时间 ,产物中少量的Ni很难消除。

La_(0.7)Mg_(0.3-x)Ti_xNi_(2.8)Co_(0.3)(x=0.03,0.06,0.09,0.12)合金的储氢与电化学性能研究

用高频感应熔炼方法制备了La0.7Mg0.3-xTixNi2.8Co0.3(x=0.03,0.06,0.09,0.12)系列合金,并对其储氢和电化学性能进行测试.结果表明x=0.06时,合金储氢性能最好,气态储氢容量达1.2wt%,放电容量和比容量分别为336 mA.h.g-1,70.0%.

Mg_2Ni系储氢合金电化学性能的研究

用固态扩散和机械球磨法制备出纳米级Mg2 Ni和Mg1 .7Al0 .3 Ni储氢合金 ,其电化学性能超过用传统方法制备的合金。充放电测试表明 :该合金放电电压平台 (电压超过 1 2V)较高 ;在 2 0 0mA/g放电电流密度下 ,合金充放电循环 50次 ,容量仍保持在 2 0 0mAh/g以上。X射线衍射分析表明 :随着球磨时间延长 ,衍射峰的宽化程度变大 ,强度逐渐减弱 ,1 2h后变化减缓。这是由于晶粒尺寸变小 ,缺陷及应力密度增加之故。合金电化学性质的改善与合金在机械研磨中的微结构变化有关 ,并且合金组成中铝部分取代镁对于延长合金的循环寿命有至关重要的作用。