La-Mg-Ni系AB3.0-3.5型储氢合金结构与储氢性能研究

La-Mg-Ni系AB3.0-3.5型储氢合金是新近发现的高容量电极合金,其容量接近400mAh/g,高出AB5型商用化储氢合金容量近20%,并且容易活化,因此具有重要的开发应用前景。AB3.0-3.5型合金可以看作是AB5亚结构单元和具有高容量特性的AB2亚结构单元交替层叠排列而成。虽然容量高,但是AB3.0-3.5型合金的循环稳定性差,因此如何提高电极循环稳定性是该类合金目前应用研究的关键问题。本文以AB3.0-3.5型合金作为La-Mg-Ni系合金为基础,系统考察元素替代和热处理对合金结构和电化学性能的影响,试图提高AB3.0-3.5型合金电极的循环稳定性和最大放电容量。 首先系统的研究了不同剂量比对AB3.0、AB3.3、AB3.5合金结构和电化学性能的影响,结果表明,AB3.5型合金主相为Ce2Ni7型（La,Mg）2Ni7物相,同时含有少量的PuNi3型（La,Mg）Ni3物相和CaCu5型LaNi5物相,最大放电容量可达到376.2mAh/g。PCT结果显示,在室温条件下合金的吸氢平台在0.5atm左右,且可实现1.6wt%的吸氢量。 对AB5型合金的研究表明,采用Co元素替代,可有效降低合金的吸氢反应体积膨胀,从而改善合金电极在碱液中的抗腐蚀性能。因此,设计了一种La0.75Mg0.25Ni3.5-xCox（x=0.0,0.3,0.5,0.7）合金,系统的研究了Co含量对合金结构和电化学性能的影响。结果表明,Co元素不会改变AB3.5型La0.75Mg0.25Ni3.5-xCox合金的相结构组成,但是会影响其电化学容量。其容量随Co含量的增加呈现先增加后减小的趋势,当x=0.5时,放电容量达到最大为398.5mAh/g,在室温条件下合金的吸氢平台在0.4atm,且可实现1.587wt%的吸氢量。此外,Co的加入改善了合金电极的循环稳定性能,使合金在250次充放电后的容量保持率达到61%以上。 以La0.75Mg0.25Ni3.0Co0.5合金为研究对象,进一步研究了退火温度和时间对AB3.5型合金相结构、微观组织和电化学性能的影响。铸态合金具有多相结构,经热处理以后,合金各相组成含量发生改变。热处理可以有效改善合金电极的综合电化学性能,经1173K,6小时热处理后,电极放电容量高达397.3mAh/g,合金电极经过250次充放电循环后的容量保持率可达40%。