鎳氫電池用稀土鎂基合金的研發
【中鎢在線新聞網-鎢新聞】
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。二次鎳氫電池的發展在很大程度上依賴于其負極材料貯氫合金的發展。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。隨著節能環保的要求越來越高，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，但由于其氫化物穩定性強而放氫性能較差，經過改進后，該系列合金的循環壽命仍不能令人滿意。為了提高La-Mg-Ni系合金性能，尤其是其循序穩定性，研發工作在成分調整與制備工藝方面采取了以下一些優化措施。
一、合金成分調整。
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過程中的粉化。實驗表明，用Ce，Pr和Nd分別替代La，其循環穩定性均有所增加，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，通過調節化學計量比，使合金出現恰當比例的多相組分，也可以改變合金的吸氫性能。另據報道，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性能提供催化作用。例如，將La0.7Mg0.3Ni3.5和Ti0.17Zr0.8V0.35Cr0.1Ni0.3經球磨形成一種新型復合合金，可以提高合金在堿液中的抗腐蝕氧化能力，從而使合金的循環穩定性提高。
二、制備工藝優化。
試驗證明，采取合適的退火處理可以減少由鑄態凝固時引入的晶格應變和缺陷，減少偏析相，使組織變得均勻，并使內應力減小，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穩定性。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生的壓力，因此，快淬態合金的循環穩定性得以提高。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穩定性。由于合金表面化學狀態影響氫原子的吸附、氫在晶體間隙中的擴散及氫化物的形成，所以恰當的表面處理能有效的提高貯氫性能。
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