鎳氫電池用稀土鎂基合金的研發(fā)

時間:2015-09-01 10:55來源:長江有色金屬網(wǎng) 作者:火凡
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  鎳氫電池與鋰離子電池相比,具有高安全性、高性價比、大倍率放電等特點,是混合動力汽車首選電池。二次鎳氫電池的發(fā)展在很大程度上依賴于其負極材料貯氫合金的發(fā)展。稀土鎂基La-Mg-Ni系合金因具有高容量和良好活化性能,成為鎳氫電池負極材料的研究熱點之一。隨著節(jié)能環(huán)保的要求越來越高,高性能稀土鎂基La-Mg-Ni系合金儲氫材料的研發(fā)日益受到重視。

  雖然La-Mg-Ni合金在室溫下具有良好的吸氫性能,但由于其氫化物穩(wěn)定性強而放氫性能較差,經(jīng)過改進后,該系列合金的循環(huán)壽命仍不能令人滿意。為了提高La-Mg-Ni系合金性能,尤其是其循序穩(wěn)定性,研發(fā)工作在成分調(diào)整與制備工藝方面采取了以下一些優(yōu)化措施。

  一、合金成分調(diào)整。

  元素替代是提高La-Mg-Ni系合金性能非常有效的方法,用Ce、Pr或Nd等原子半徑較小的稀土元素部分取代La,合金晶胞體積減小,吸氫時造成的體積變化變小,可以減輕合金充放電循環(huán)過程中的粉化。實驗表明,用Ce,Pr和Nd分別替代La,其循環(huán)穩(wěn)定性均有所增加,Ce和Pr的取代同時提高了其高倍率放電性和低溫放電性。許多研究結果還表明,采用合適的元素對材料進行多元替代,是改善合金綜合性能非常有效的途徑之一。另外,研究還表明,通過調(diào)節(jié)化學計量比,使合金出現(xiàn)恰當比例的多相組分,也可以改變合金的吸氫性能。另據(jù)報道,將兩個或多個貯氫合金,或一個貯氫合金和一個金屬間化合物,通過一定的制備工藝,形成復合材料,有利于性能提高,其中主要合金組分提供良好的貯氫性能,而少量組分則主要為提高其活性和動力學性能提供催化作用。例如,將La0.7Mg0.3Ni3.5和Ti0.17Zr0.8V0.35Cr0.1Ni0.3經(jīng)球磨形成一種新型復合合金,可以提高合金在堿液中的抗腐蝕氧化能力,從而使合金的循環(huán)穩(wěn)定性提高。

  二、制備工藝優(yōu)化。

  試驗證明,采取合適的退火處理可以減少由鑄態(tài)凝固時引入的晶格應變和缺陷,減少偏析相,使組織變得均勻,并使內(nèi)應力減小,從而使得合金放電容量有較大幅度的增加,并可減少合金吸放氫過程中由于晶格體積膨脹收縮引起的粉化,增強了合金在堿液中的抗氧化腐蝕能力,從而改善合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性。另外,采取快淬處理能細化晶粒,合金中大量的晶界可作為充放電時氫的擴散通道,同時緩解了合金吸氫過程膨脹所產(chǎn)生的壓力,因此,快淬態(tài)合金的循環(huán)穩(wěn)定性得以提高。同時,快淬能促進形成一定的非晶相,使其抗粉化及抗腐蝕氧化能力均增加,從而可以提高貯氫合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性。由于合金表面化學狀態(tài)影響氫原子的吸附、氫在晶體間隙中的擴散及氫化物的形成,所以恰當?shù)谋砻嫣幚砟苡行У奶岣哔A氫性能。

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