A端元素对稀土—镁—镍系A_2B_7型储氢合金结构和电化学性能的影响

【摘要】本文为了进一步优化稀土-镁-镍系储氢合金的A端成分,以提高合金电极的循环寿命,并且加强对稀土资源的平衡利用,确立了稀土-镁-镍系A2B7型合金为研究对象,并运用一系列的研究和测试手段对该系合金进行微观组织结构、储氢性能、电化学及动力学性能方面的研究。重点研究了A端混和稀土元素含量及其与镁的关联变化以及在其基础上的热处理工艺等对合金结构和各个性能的影响规律。首先采用感应熔炼方法制备A2B7型La0.83-05x(Pro.1Nd0.1Smo.1Gd0.2)xMg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1(x=0～1.66)储氢合金,并在He+Ar气氛和1173K下进行退火处理。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学方法,系统研究了混合稀土(Pr,Nd,Sm,Gd)替代La元素对合金物相结构和电化学性能的影响规律。合金相结构分析表明,混合稀土含量对合金组成和相结构有重要的影响,随混合稀土含量x的增加,合金中主相A2B7型(2H—Ce2Ni7型+3R-Gd2Co7型)相丰度逐渐增多,其中2H-Ce2Ni7型相丰度先增多后减少,3R-Gd2Co7型相丰度则逐渐增加,主相晶胞参数随x增加而减小。电化学分析结果表明,随混合稀土含量增加,放氢平台压逐渐升高,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=0.4合金电极具有最高的电化学放电容量(3898mAh·g-1)和最佳的循环寿命(S100=91.30%)；合金电极的高倍率放电性能(HRD)则随x的增加获得显著提高。适量的混合稀土替代量可显著改善合金电极的综合电化学性能。在前期工作的基础上,以其中综合电化学性能最好的一组合金作为研究对象,分别对该成分系列A2B7型合金La0.43(Pr0.1Ndo.1Sm0.1Gd0.2)0.4Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1及AB3.3型合金La0.8-x(Pr0.1Nd0.1Sm0.1Gd0.2)0.4MgxNi2.9Co0.3Al0.1(x=0.15,0.17,0.2)进行(1173K,8h)、(1203K,8h)、(1223K,8h)及(1273K,6h)四种条件下的均匀退火热处理。研究表明,两种成分下,合金的微观结构组成不同,各相丰度变化规律也不同,前者只随着退火条件不同而变化,后者则随退火条件和成分各有变化规律。并且这种影响也反映到了合金的吸放氢性能和电化学性能上,说明热处理条件和成分均对A端为混合稀土的合金电极性能影响较大。最后,针对前期工作中发现的关于镁元素和非镧混合稀土元素对合金电极性能影响规律相似性问题进行了探究。设计了成分配比为La0.7-0.35x(Pro.1Nd0.1Sm0.1Gd0.2)xMg0.3-0.15xNi3.1CO0.3Al0.1(x=2.0,1.0,0.5,0.3,0.0,)的合金电极。研究结果表明,合金微观组织由Pr5Co19型、2H-Ce2Ni7型、3R-Gd2Co7型及PuNi3型相组成,随着x的减小,即镁元素含量的增加,非镧稀土含量的减少,合金中Pr5Co19型相先增加后减少,PuNi3型相逐渐减少,2H-Ce2Ni7型相先增多后减少,3R-Gd2Co7型相逐渐增加。在适量的稀土和镁含量共同作用下,合金较高的会具有2H-Ce2Ni7型相丰度。合金电极的平台压力先降低后升高,吸氢量先增加然后又减少。合金电极均能在1-3次充放电循环中完全活化,其放电容量最大值为387.6mAh-g-1,合金电极放电容量呈先增加后减小规律,容量保持率先增大后减小,合金电极电化学性能的变化与合金微观组织及相丰度有关。合金电极的高倍率放电性能HRD呈先缓慢上升后快速下降的趋势,最高值为92.76%,合金电极的交换电流密度是决定其高倍率放电性能的主要因素。
【作者】李静；
【导师】罗永春；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】镧-镁-镍系；储氢合金；微观组织结构；电化学性能；

【参考文献】
[1]王瑞勇.银纳米线触控电极的工艺研究[D].北京交通大学,2014.
[2]武建铭.大学图书馆与出版社合作出版模式探析[J].图书情报工作,2014,15:106-110.
[3]黄勇（1975—）,男,四川内江人,高级工程师,从事水文地质与环境地质勘察与评价工作。.“引大济湟”工程受水区水资源优化配置分析[J].人民黄河.2014(08)
[4]陈松,竺建敏.用EOM企业运营管理系统提升企业盈利能力[J].数字化工,2004,08:64-68.
[5]勾洋梅.肝细胞核因子4受体激动剂的计算机辅助筛选[D].吉林大学,生物工程,2013,硕士.
[6]冯玄玉.汉越声母系统考察与汉语声母习得的偏误分析[D].吉林大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[7]宫平.大围长准循环LDPC码构造方法研究[D].东北大学,通信与信息系统,2011,硕士.
[8]王张娜.政府与行业协会在行业治理中的关系[D].山西财经大学,西方经济学,2013,硕士.
[9]夏康康.90后大学生主流意识形态教育状况分析与对策研究[D].南昌航空大学,思想政治教育,2014,硕士.
[10]王世轩.城市轨道交通弓网建模方法适用性研究[D].西南交通大学,载运工具运用工程,2014,硕士.
[11]王秀青.气流离心纺丝气体流场初探[D].苏州大学,纺织材料与纺织品设计,2014,硕士.
[12]洪峰.G管理咨询公司绩效管理优化研究[D].安徽大学,工商管理,2013,硕士.
[13]郭小伟,高巍,赵玫.基于数字技术的建筑表皮生成方法研究[J].华中建筑,2014,05:40-44.
[14]孙桂英.茄子抗黄萎病突变体再生植株诱导及抗病性鉴定[D].内蒙古农业大学,蔬菜学,2004,硕士.
[15]张富兵.缓冲器弹性体垫的优化设计[D].西南交通大学,机械工程,2013,硕士.
[16]任靖宇.低碳经济下我国火电企业环境会计的应用研究[D].武汉纺织大学,工商管理,2014,硕士.
[17]刘卫柏.我国农村土地流转机制研究[D].中南大学,管理科学与工程,2013,博士.
[18]陈江峰.线性图嵌入算法及其应用[D].北京交通大学,2012.
[19]陈瑜,倪健.利用孢粉记录定量重建大尺度古植被格局[J].植物生态学报,2008,05:1201-1212.
[20]林英超.盐胁迫下乙烯调控拟南芥种子萌发的作用机制[D].东北林业大学,植物学,2014,博士.
[21]刘芳.长春市双阳区鹿产业发展问题的研究[D].吉林农业大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[22]俞立平.青蒿琥酯对腺样囊性癌NACC细胞系侵袭及凋亡的影响及其对裸鼠上颌窦移植瘤作用[D].广西医科大学,口腔颌面部肿瘤,2013,硕士.
[23]江麒.南昌市居民幸福感研究[D].南昌大学,应用心理学,2012,硕士.
[24]王欢.经典作家关于各国不同道路的理论及其在当代中国的发展[D].南京师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[25]高瑜.有关循环矩阵的若干问题[D].宁波大学,基础数学,2013,硕士.
[26]黄鑫.经方中有毒中药在清代名家医案中的剂量研究[D].湖北中医药大学,中医临床基础,2013,硕士.
[27]姜圆君.认知无线电系统中的干扰对齐技术研究[D].南京邮电大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[28]熊振湘.会同第2代杉木林能量贮量及其分配的动态规律[D].中南林业科技大学,生态学,2013,硕士.
[29]顾智鹏.城市化与粮食安全互动关系的实证研究[D].南京财经大学,产业经济学,2013,硕士.
[30]袁秀.内蒙古白雁湖化工股份有限公司发展战略研究[D].内蒙古大学,高级管理人员工商管理,2013,硕士.
[31]占春连,刘建平,李正琪.高温黑体温度的测试研究[J].国防技术基础.2004(01)
[32]刘蔚.声乐演唱与声乐作品的依存关系探究[D].湖南师范大学,音乐学（专业学位）,2013,硕士.
[33]薛云建,王艳丽.基本客户关系管理理念的营销策略[J].企业研究,2005,12:19-22.
[34]卜恪.可视化材质着色编程系统的设计与实现[D].华中科技大学,软件工程,2013,硕士.
[35]王天亮,刘建坤,田亚护.冻融作用下水泥及石灰改良土静力特性研究[J].岩土力学,2011,01:193-198.
[36]李利维.主动式车轮系统理论分析与仿真[D].哈尔滨工程大学,机械设计及理论,2012,硕士.
[37]徐功军.杭州市主城区绿地植物多样性研究[D].杭州师范大学,生态学,2007,硕士.
[38]刘炳文.LRCP长效降阻剂的采用及其优化设计效果[J].中国铁路.1999(03)
[39]余雄.当代中国证券市场内幕交易及其监管问题研究[D].华中师范大学,行政管理,2003,硕士.
[40]王跃.基于纳米孔和纳米阵列的单分子DNA测序技术基础研究[D].上海交通大学,2014.
[41]王建平.“走出去”战略对我国文化产业影响的实证研究[J].管理世界,2014,12:178-179.
[42]王(王利),王建民.非线性V(z)函数的计算及在塔里木盆地的应用[J].石油地球物理勘探,1987,04:400-414.
[43]尹治清.明胶海绵颗粒在TACE治疗巨块型肝癌中的应用价值[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[44]卢静.有机模板硼酸盐的合成、结构及其发光性质研究[D].广东工业大学,工业催化,2013,硕士.
[45]程泽凯.贝叶斯网络结构学习及MBNC实验平台的构建[D].广西师范大学,2004.
[46]刘燕庐.氮化镓植于石墨烯可制成弯曲LED材料[N].科技日报,2014-09-27002.
[47]郑真真.面向行业的高职物流实训体系构建研究[D].山东师范大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[48]徐芳丽.酶促合成超支化聚合物、聚氨基酸及其性质研究[D].浙江大学,化学,2013,硕士.
[49]肖永.基于J2EE的精品课程网站设计与实现[D].湖南大学,软件工程,2013,硕士.
[50]王丽丽.2p~n阶的简单严格循环三元系[D].河北师范大学,应用数学,2013,硕士.