A2B7型La-Y-Ni储氢材料制备与性能研究

作     者：郭淼 

作者单位：北京有色金属研究总院 

学位级别：硕士

导师姓名：苑慧萍

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：La-Y-Ni合金 衰减机理 热处理 Ce2Ni7相 P-C-T双平台 

摘      要：本文在对国内外La-Y-Ni系储氢合金研究进展全面分析的基础上,以A2B7型La-Y-Ni系储氢合金作为研究对象,采用真空感应熔炼制备A2B7型La-Y-Ni储氢合金,通过XRD、SEM、PCT及电化学性能测试等方法,研究了 Mn、Al元素替代和热处理温度对该体系合金相结构及性能的影响规律,同时系统分析了 La-Y-Ni系合金高倍率性能和循环性能的影响因素,探索P-C-T双平台出现的原因,为进一步提高合金的性能提供理论基础。XRD和SEM分析表明,随着Mn、A1替代量的降低,Gd2CO7相减少至消失,主相Ce2Ni7逐渐增多,合金中还有少量的杂相,如PuNi3、LaNi5和Ce5Co19相,各个相的晶胞参数随矜代量的降低而减少。常温(25℃)下,随着Mn、Al替代量的降低,合金电化学容量、倍率性能和循环寿命得到改善。当合金成分为LaY2Ni9.7Mn0.5Al03和LaY2Ni9.9Mn05Al0.1时,合金电极倍率性能较好,HRD900大于85%。由此推断,Gd2CO7相对La-Y-Ni系合金倍率性能影响较大,Ce2Ni7相的增多可以改善合金的综合电化学性能。随热处理温度升高,LaY2Ni9.7Mn0.5Al0.3合金成分趋向均匀,Ce2Ni7作为主相先增多再减少,当热处理温度为1000℃时合金中主相Ce2Ni7相含量最高为86.53%。合金的综合电化学性能也随热处理温度升高呈现先升高再降低的趋势。当热处理温度为1000℃时,合金电极的放电容量达到386.8mAh.g-1,S300为72.18%,HRD1200达到85%,综合电化学性能最优。电化学动力学测试表明,高倍率性能的变化与测出的氢扩散速度和电荷转移速率变化规律一致,因而可以表明,电荷表面转移速率和合金内部的氢扩散速率共同影响LaY2Ni9.7Mno.5Al0.3合金电极的高倍率性能。A2B7型La-Y-Ni合金的P-C-T曲线具有明显的双平台现象。合金成分为LaY2Ni9.7Mn0.5Al0.3时,主相Ce2Ni7相相丰度80%以上,且不含有Gd2CO7相,因而认为双平台是Ce2Ni7相不同吸氢态产生的。影响La-Y-Ni合金电化学循环性能的主要原因是合金的粉化和电解液对合金电极的腐蚀。La-Y-Ni合金相对于La-Mg-Ni合金,具有良好的抗非晶化作用,但其粉化情况严重,且成分中Y含量较多,抗氧化性较La-Mg-Ni合金差,循环过程中表面容易富集氧化物,降低循环寿命,粉化和氧化加剧了合金循环寿命的衰减。添加Sm元素替代后,合金中Y元素含量减少,由Y引起的氧化物富集现象减轻,La-Y-Ni合金的粉化和腐蚀效应降低,从而循环性能改善。