稀土元素R对储氢合金(LaRMg)(NiCoAlZn)_(3.5)相结构和电化学性能的影响

以(LaRMg)(NiCoAlZn)3.5(R=La、Ce、Pr、Nd、Gd、Y和Sc)合金为研究对象,研究稀土元素R部分替代La后对合金相结构和相组成及电化学性能的影响.XRD和EPMA方法分析结果表明,合金(LaRMg)(NiCoAlZn)3.5退火组织主要由Ce2Ni7型相(或Gd2Co7型)、PuNi3型相和CaCu5型相组成;Ce、Pr和Nd元素的替代对合金相组成没有明显影响,而Gd元素替代使合金中CaCu5型相明显减少,Ce2Ni7型(或Gd2Co7型)相显著增加,其相丰度达到79.03%;Y和Sc元素替代时合金中Gd2Co7型相基本消失.电化学测试和分析表明, 稀土元素R替代La后对合金电极活化性能影响不大,其中Nd、Gd、Y和Sc部分替代La在一定程度上提高合金的最大放电容量,而Gd元素替代时合金电极容量最高达到343.1 mAh/g;Gd和Nd元素部分替代La使合金电极的循环稳定性得到明显提高,S100分别达到95.3%和93.0%.此外,Sc部分替代La能有效改善合金电极的高倍率放电性能.     

La3-xYxMgNi14(x=0～2)贮氢合金的相结构与电化学性能研究

系统研究了La3-xYxMgNi14(x=0,1.0,1.5,2.0)贮氢合金的相结构和电化学性能.结构分析表明,合金均由Gd2Co7和Ce2Ni7型结构相组成.随Y含量值x的增加,Gd2Co7型相的丰度增加,Ce2Ni7型相的丰度减少.合金各相的晶胞参数(a,c)和晶胞体积(V)均随x的增加而线性减小.电化学研究表明,随着Y含量的增加,合金电极最大放电容量减小,活化性能显著降低.合金随x的增加,HRD值减小与合金电极电催化活性及氢在合金相中的扩散速率的减小有关.     

La-Mg-Ni系A2B7型贮氢合金表面包覆铜及其电化学性能

以A2B7型贮氢合金La1.5Mg0.5Ni7为研究对象,研究未包覆和表面包覆Cu以及对包覆铜的贮氢合金进行再包覆Ni、Co处理的合金电极电化学性能.实验结果表明,表面包覆Cu和Cu-Ni后的贮氢合金电极循环稳定性有所提高,而包覆Cu-Co的合金电极稳定性较差,但电极容量有所提高.线性极化扫描和电化学阻抗图谱分析结果表明,包覆Cu、Cu-Co及Cu-Ni处理改善合金电极的交换电流密度I0,降低电化学阻抗,说明包覆处理改善合金表面的电催化活性,加快合金表面电荷的迁移速率,从而提高高倍率放电能力.     

La-Mg-Ni系A287型贮氢合金表面包覆铜及其电化学性能

以A2B7型贮氢合金La1.5Mg0．5Ni7为研究对象,研究未包覆和表面包覆Cu以及对包覆铜的贮氢合金进行再包覆Ni、Co处理的合金电极电化学性能．实验结果表明,表面包覆Cu和Cu-Ni后的贮氢合金电极循环稳定性有所提高,而包覆Cu-Co的合金电极稳定性较差,但电极容量有所提高．线性极化扫描和电化学阻抗图谱分析结果表明,包覆Cu、Cu-Co及Cu-Ni处理改善合金电极的交换电流密度I0,降低电化学阻抗,说明包覆处理改善合金表面的电催化活性,加快合金表面电荷的迁移速率,从而提高高倍率放电能力．     

La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.5-x)M_x(M=Si,Zn;x=0～0.5)储氢合金的相结构与电化学性能

研究Si和Zn元素分别部分替代Ni后合金La0.75Mg0.25Ni3.5-xMx(M=Si,Zn;x=0～0.5)的微观组织及电化学性能.X射线衍射(XRD)结果表明, La0.75Mg0.25Ni3.5-xSix合金由CaCu5型相、Ce2Ni7型相和LaMgNi4型相组成,随着Si含量增加,CaCu5型相明显增加.La0.75Mg0.25Ni3.5-xZnx合金由CaCu5型相、Ce2Ni7型相和LaNi3型相组成.随着Zn的增加,合金中Ce2Ni7型相逐渐减少,CaCu5型相和LaNi3型相则相应增加.电化学实验表明,2种元素的加入均使得合金的高倍率放电性能下降;Si的加入降低了合金最大放电容量和交换电流密度,但活化次数也随之减少,电化学循环稳定性提高.Zn元素的加入,对合金最大放电容量影响较小.     

化学镀铜对A2B7型贮氢合金电极电化学性能的影响

以A2B7型贮氢合金La0.75Mg0.25Ni3.44Al0.06为对象,系统研究了合金覆铜后进行不同温度退火处理的电极电化学性能。结果表明,表面包覆Cu及退火处理后的贮氢合金电极的活化性能及循环稳定性有所提高。线性极化扫描和电化学阻抗图谱分析结果表明,包覆Cu及退火处理后提高了合金电极的交换电流密度I0,降低了电化学阻抗,说明包覆处理改善了合金表面的电催化活性,加快了合金表面电荷的迁移速率,从而提高了高倍率放电能力。     

热处理对La0.7Mg0.3(Ni0.85Co0.15)3.4贮氢电极合金性能的影响

用冷坩埚磁悬浮熔炼方法制备铸态La0.7Mg0.3(Ni0.85Co0.15)3.4贮氢电极合金,并分别在1 073 K、1 173 K和1 273 K温度下热处理8 h得到热处理态合金,研究了合金的Mg含量、相结构、电化学性能、显微硬度及相应电极的表面状态.研究结果表明:合金中Mg的质量分数随着热处理温度的升高从2.38%降低到2.03%;铸态及1 173 K热处理态合金的主相均为Ce2Ni7型六方相,还包括CaCu5型六方相、PuNi3型菱方相、MgCu2型立方相及BCr型正交相,热处理还使各组成相的晶胞体积均有所增加;随着热处理温度的升高,合金放氢平台的平台压力先降低到0.004 3MPa,然后升高到0.012 1 MPa,再降低到0.007 1 MPa;合金电极的最大放电容量先增加到406.8mA.h/g,然后减小到361.8 mA.h/g;循环稳定性从铸态时的59.6%不断增加到76.0%.     

添加Ce对Zr55Al10Ni5Cu30合金在Na2SO4溶液中腐蚀电化学行为的影响

利用电化学极化和阻抗谱(EIS)技术研究了Zr55Al10Ni5Cu30及(Zr55Al10Ni5Cu30)0.97Ce0.03非晶合金及相应的晶态合金在0.50mol·L-1Na2SO4溶液中的腐蚀行为.结果表明,Zr55Al10Ni5Cu30及(Zr55Al10Ni5Cu30)0.97Ce0.03非晶合金及相应的晶态合金在0.50mol·L-1Na2SO4溶液中均出现了钝化现象,其中(Zr55Al10Ni5Cu30)0.97Ce0.03非晶合金出现了二次钝化现象.Zr55Al10Ni5Cu30及(Zr55Al10Ni5Cu30)0.97Ce0.03非晶合金的腐蚀电流密度均小于相应的晶态合金,向非晶合金Zr55Al10Ni5Cu30及相应的晶态合金中添加稀土Ce元素后,合金的腐蚀电流密度减小,腐蚀速度降低,合金的抗腐蚀性能提高.四种合金的EIS图均呈单容抗弧特征,Zr55Al10Ni5Cu30及(Zr55Al10Ni5Cu30)0.97Ce0.03非晶合金的电荷传递电阻均较相应成分的晶态合金大.两种非晶合金在0.50mol·L-1Na2SO4溶液中比晶态合金有较好的抗蚀性能,在四种合金中,添加Ce元素的(Zr55Al10Ni5Cu30)0.97Ce0.03非晶合金具有最好的耐蚀性能.     

75%La(Ni_(0.85)Co_(0.15))_(5-x)(Mn_(0.4)Al_(0.3))_x+12.5%Mg_2Ni(x=0,0.3,0.6)合金储氢性能研究

利用高频感应熔炉制备摩尔比率为75%La(Ni0.85Co0.15)5-x(Mn0.4Al0.3)x+12.5%Mg2Ni(x=0,0.3,0.6)合金,测试合金的储氢性能,分析Mn、Al元素组合对合金储氢性能的影响。结果发现,合金均由多相组成,其中主相分别是CaCu5型的LaNi5相和PuNi3型的(La,Mg)Ni3相。随着元素(Mn,Al)含量增大,合金电极的循环稳定性有一定的改善,80次循环放电容量保持率从x=0时的59.1%提高到x=0.6时的74.5%。     

添加硼对La-Mg-Ni系(PuNi3-型)贮氢合金微观结构及电化学性能的影响

为了提出La-Mg-Ni(PuNi3型)系贮氢合金的电化学循环稳定性,在La2Mg(Ni0.85Co0.15)9合金中添加微量的B,用铸造及快淬工艺制备La2Mg(Ni0.85Co0.15)9Bx(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20)贮氢合金,分析测试铸态及快淬态合金的微观结构与电化学性能,研究硼对合金微观结构及电化学性能的影响。结果表明:铸态合金具有多相结构,包括主相(La,Mg)Ni3相(PuNi3型)和LaNi5相,一定量的LaNi2相和微量的Ni2B相经快淬处理后,Ni2B相消失,且其他相的相对量随淬速的变化而变化。硼的加入提高了铸态及快淬态合金的循环稳定性,但使铸态合金的容量下降;铸态合金的电化学容量随B含量的增加单调下降,而快淬态合金的容量随B含量的增加有一极大值,B对铸态及快淬态合金电化学性能的影响机理是完全不同的。     

金属氢化物电极和金属氢化物／镍电池的电化学阻抗谱

用电化学阻抗谱（EIS）方法,对金属氢化物（MH）电极和两种商品化金属氢化物／镍（MH／Ni)电池性能进行了研究,通过建立等效电路模型分析了MH电极的电化学阻抗谱,结果表明,在不同放电深度和充放电循环时,电极的欧姆阻抗,反应电阻和界面电容等呈规律地变化,并与电极性能的变化相一致,欧姆阻抗和由制备工艺带来的电极反应性能折差别,是引起两种商品化MH／Ni电池电化学充放电性能差别的主要原因,也说明EIS可用于检测MH电极的荷电状态和反应性能,并可作为在线无损伤MH／Ni电池性能测试技术。     

金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002 m2·K/W减小到0.0005m2 ·K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5％;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.     

高功率型镍氢电池的循环性能

由于没有镉污染,对环境友好,用于高功率设备的镍氢电池的需求量增长很快,目前每年的需求量约为5亿只.但是镍氢电池的一些性能还不能完全满足电动工具的使用要求,突出表现在电池大电流充放循环寿命较差.因此,研制高性能的高倍率镍氢电池不仅具有重要的研究意义,也有很大的应用价值.本文研究影响SC型动力电池循环寿命衰减的主要因素,测量了在大电流循环过程中镍氢电池的内阻、温度及重量变化,并运用SEM、XRD对电池内阻升高的原因进行了分析.我们认为电池内阻升高是镍氢电池大电流循环寿命差的主要原因,分析发现在镍氢电池进行大电流充放电循环时,电池正极膨胀,负极微粉化,电池内部孔隙率增加,致使电解液干涸,电池内阻升高.通过增加负极容量,抑制正极膨胀,可以有效改进镍氢电池大电流充放时的循环性能.     

镍氢电池负极新型粘合剂及其电极性能

研究了一种镍氢电池负极－金属氢化物电极新型粘合剂ＳＢＳ,测定了以ＳＢＳ为粘合剂的电极性能,并与ＰＴＦＥ和ＨＰＭＣ两种粘合剂进行了对比。研究结果表明：采用ＳＢＳ作粘合剂的电极的耐碱性和柔性优于其它粘合剂,其放电容量、放电电位、大电流放电能力、内阻、电催化活性等性能也较好,尤其是循环性能优良,有望成为一种比较理想的金属氢化物电极粘合剂;ＳＢＳ的最佳加入量为１％左右。     

镍正极掺杂NiOOH的MH/Ni电池性能

将化学氧化法合成的NiOOH以一定的比例掺杂到商用球形Ni(OH)2粉末当中,以此作为镍正极活性材料,制成额定容量为1 5Ah圆柱密封AA型MH/Ni碱性蓄电池·采用恒流充放电和交流内阻分析方法测试了该电池的性能·结果表明:镍正极掺杂NiOOH的MH/Ni电池在活化效率和循环寿命方面得到了明显的改善和提高,掺杂NiOOH的镍正极具有更高的反应活性及更小的电化学反应阻抗,因而表现出良好的电化学性能·实验表明,镍正极活性材料中NiOOH的掺杂量为1%～3%时对电池性能有较好的影响,掺杂量过多会降低电池的放电容量·     

Graphene-immobilized flower-like Ni<Subscript>3</Subscript>S<Subscript>2</Subscript> nanoflakes as a stable binder-free anode material for sodium-ion batteries

A binder-free Ni₃S₂ electrode was prepared directly on a graphene-coated Ni foam (G/Ni) substrate through surface sulfiding of substrate using thiourea as the sulfur source in this work. The Ni₃S₂ showed a flower-like morphology and was uniformly distributed on the G/Ni surface. The flower-like Ni₃S₂ was composed of cross-arrayed nanoflakes with a diameter and a thickness of 1-2 μm and~50 nm, respectively. The free space in the flowers and the thin feature of Ni₃S₂ buffered the volume changes and relieved mechanical strain during repeated cycling. The intimate contact with the Ni substrate and the fixing effect of graphene maintained the structural stability of the Ni₃S₂ electrode during cycling. The G/Ni-supported Ni₃S₂ maintained a reversible capacity of 250 mAh·g-1 after 100 cycles at 50 mA·g-1, demonstrating the good cycling stability as a result of the unique microstructure of this electrode material.