【摘要】：新型Nd-Mg-Ni基貯氫合金因其較好的循環(huán)穩(wěn)定性、高倍率放電性能和低自放電率被廣泛研究。但目前,合金相結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能之間的關(guān)系尚不明確。為此,本文制備了單相PuNi_3、Gd_2Co_7和Pr_5Co_(19)型Nd-Mg-Ni基合金,系統(tǒng)地研究了合金的電化學(xué)儲(chǔ)氫特性,并進(jìn)一步獲得了綜合性能好的單相A_2B_7型Nd-Mg-Ni基合金,揭示了該合金生成機(jī)制和電化學(xué)特性。通過粉末燒結(jié)的方法,制備了單相Nd_(0.8)Mg_(0.2)Ni_n(n=3.0,3.5,3.8)合金,電化學(xué)測試表明,隨著合金中亞單元[NdNi_5]/[NdMgNi_4]比例的升高,合金電極的最大放電容量降低,循環(huán)穩(wěn)定性、高倍率放電性能和自放電率升高。重點(diǎn)研究了合金電極的自放電機(jī)制。結(jié)果表明,隨著[NdNi_5]/[NdMgNi_4]亞單元比例的升高,合金電極放氫平臺(tái)壓升高,對應(yīng)的氫化物穩(wěn)定性降低,合金電極的可逆自放電增加;同時(shí),合金的氧化/腐蝕程度降低,合金電極不可逆自放電減少。對合金兩部分自放電比例的計(jì)算表明,可逆自放電是導(dǎo)致單相Nd-Mg-Ni基合金自放電的主要因素。通過感應(yīng)熔煉結(jié)合分區(qū)退火處理的方法,制備了單相Ce_2Ni_7型Nd_(0.80)Mg_(0.20)Ni_(3.58)合金,并研究了單相合金的生成機(jī)制和電化學(xué)特性。鑄態(tài)合金由Ce_2Ni_7、Gd_2Co_7、Ce_5Co_(19)、CaCu_5和MgCu_4Sn相組成,經(jīng)過950℃-24 h退火處理,CaCu_5相和MgCu_4Sn相發(fā)生包晶反應(yīng)生成A_2B_7相,Ce_5Co_(19)相不發(fā)生反應(yīng);升高退火溫度至985℃,Ce_5Co_(19)相分解成A_2B_7相;在985℃至1020℃溫度區(qū)間內(nèi),Ce_2Ni_7相向Gd_2Co_7相轉(zhuǎn)化;而1025℃后,Gd_2Co_7相不斷向Ce_2Ni_7相轉(zhuǎn)化,且在1100℃,形成單相Ce_2Ni_7型合金。單相Nd_(0.80)Mg_(0.20)Ni_(3.58)合金具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性,經(jīng)過700周電化學(xué)循環(huán),容量保持率仍為64%。此外,該單相合金的容量衰減主要是由Nd和Mg元素先后被氧化導(dǎo)致的,且氧化后期Nd(OH)_3由針狀向棒狀生長,形成的棒狀Nd(OH)_3覆蓋在合金表面,抑制合金的進(jìn)一步氧化/腐蝕。
【圖文】：

屬氫化物(Ni/MH)電池工作原理H二次電池的電解液是氫氧化鉀水溶液(6 mol L 1)，負(fù)極又稱氫金作為活性物質(zhì)；正極為Ni(OH)2/NiOOH。充/放電時(shí)內(nèi)部的反Ni/MH電池在工作過程中實(shí)質(zhì)上是發(fā)生氧化還原反應(yīng)，主要是過程和脫出過程，是典型的固溶體電極反應(yīng)。H電池的電化學(xué)式可以表示為：2/MH KOH Ni(OH) /NiOOH (+)氫電池進(jìn)行充/放電過程中，正負(fù)電極發(fā)生的電極反應(yīng)方程式2 2-Ni(OH) + OH NiOOH + H O + e 充電放電2-M + H O + e MH + OHxx x x 充電放電

堆垛形成AB3型、A2B7型和A5B19型合金，，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2所示。圖1-2ABx(2 ≤ x ≤ 5)型稀土 鎂 鎳基合金超堆垛結(jié)構(gòu)示意圖另外，由于[A2B4]亞單元有兩種不同的構(gòu)型，每一類型的合金由相對應(yīng)的不同構(gòu)型的[A2B4]亞單元堆垛形成2H(六角形結(jié)構(gòu)，對應(yīng)空間群為P63/mm)和3R(菱面形結(jié)構(gòu)，對應(yīng)空間群為R-3m)[14 16]。具體地，AB3型合金分為2H構(gòu)型的CeNi3型和3R構(gòu)型的n = 12Hn = 13Rn = 22Hn = 23Rn = 32Hn = 33R
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF125.21;TM912

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5 張樹雄;宋波;毛t熀

本文編號：2688051