低成本高性能贮氢合金的研究

论文摘要

本文全面综述了低钴型贮氢合金的研究现状和发展前景，采用真空感应熔炼方法制备贮氢合金，制备了一系列不同配方的低钴型贮氢合金，通过X射线衍射、等离子光谱分析以及电化学性能测试等手段，系统的研究了Fe、Cu替代贮氢合金中的钴对合金的晶体结构及电化学性能（最大放电容量、高倍率性能和循环稳定性能）的影响。研究结果表明：（1）Fe、Cu掺杂的合金晶胞参数a0、c0及c0／a0与标准LaNi5相当，并随Fe、Cu含量的增加呈减少的趋势，晶胞体积减少；所有Ml（NiMnAl）4.25Co0.75-x-yFexCuy合金都具有单相的CaCu5型六方结构，且其XRD都有很强的衍射峰，说明合金具有很强的长程序和结晶的完整性；（2）合金中钴含量的高低对合金的成本影响较大，使用低成本金属铜和铁是主要研究方向。本文分别研究了铜和铁替代钴对合金性能的影响。结果表明，铁对储氢合金的性能有较大影响，随着Fe含量的增加，其容量逐渐降低，当Fe的含量0.20时，贮氢合金的0.5C容量显著下降，由原来的308 mAh·g-1下降到257 mAh·g-1；铜的替代基本没有影响合金的初始放电容量，当Cu的含量为0.20时，最大放电容量仍有301 mAh·g-1；未替代合金以及Fe或Cu替代量为0.1时，S300分别为92.3％，84.3％，91.2％。（3）当铜的含量为0.1时，基本没有影响合金的电化学性能，而成本降低了3％-6％。（4）部分铜替代的合金应用于电池的测试结果表明，铜替代没有影响电池的活化性能及放电容量，电池内阻、电压及自放电均满足电池要求，因而适当地替代既具有良好的电化学性能又可降低原材料成本。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 贮氢合金的发展及研究
• 1.1.1 贮氢合金的基本类型
• 5贮氢合金的影响'>1.1.2 掺杂元素对 AB₅贮氢合金的影响
• 1.1.3 贮氢合金的发展趋势
• 1.2 MH/Ni电池
• 1.2.1 密封 MH/Ni电池的结构
• 1.2.2 MH/Ni电池的工作原理
• 1.3 本课题的研究意义和内容
• 第二章 实验原理与方法
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 贮氢合金的制备
• 2.3 贮氢合金粉的制备
• 2.4 X射线衍射（XRD）分析
• 2.4.1 XRD测试
• 5的标准 XRD图谱及其衍射线参数'>2.4.2 LaNi₅的标准 XRD图谱及其衍射线参数
• 2.4.3 用最小二乘法求解晶胞参数
• 2.4.4 晶胞体积的计算
• 2.4.5 衍射峰的半峰高宽（FWHM）值的分析
• 2.5 电化学性能测试
• 2.5.1 极片制作方法
• 2.5.2 电化学容量的测试
• 2.5.3 循环性能的测试
• 2.5.4 高倍率充放电性能的测试
• 2.6 电化学阻抗分析
• 2.6.1 电化学阻抗法原理
• 2.6.2 电化学阻抗谱线测试
• 2.6.3 电化学阻抗谱线分析
• 2.7 电池的制备过程
• 2.8 电池性能测试
• 2.8.1 内阻和电压
• 2.8.2 活化性能和电化学容量测试
• 2.8.3 高倍率放电性能测试
• 2.8.4 循环寿命测试
• 2.8.5 放电平台测试
• 第三章 实验结果与讨论
• 5.0化学计量比低钴化 Fe的掺杂'>3.1 AB_5.0化学计量比低钴化 Fe的掺杂
• 3.1.1 电化学性能
• 3.1.2 XRD分析
• 3.1.3 EIS测试结果
• 3.1.4 小结
• 5.0化学计量比下低钴化 Cu的掺杂'>3.2 AB_5.0化学计量比下低钴化 Cu的掺杂
• 3.2.1 电化学性能
• 3.2.2 XRD分析
• 3.2.3 材料成本分析
• 3.2.4 小结
• 3.3 低钴合金粉在氢镍电池中的应用
• 3.3.1 内阻和电压
• 3.3.2 活化性能和电化学容量
• 3.3.3 高倍率放电性能
• 3.3.4 循环寿命
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 硕士期间发表的主要论文