鎳氫電池用稀土鎂基合金的研發(fā)

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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(jié)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(xué)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(fù)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(xué)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(fù)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(yīng)變和缺陷，減少偏析相，使組織變得均勻，并使內(nèi)應(yīng)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(xué)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。