Mg2Ni纳米储氢合金结构及电化学性能研究

利用高能球磨方法制备纳米Mg2Ni储氢合金,用于高容量MH／Ni电池氢化物电极电化学性能研究。XRD和TEM测试结果表明,机械合金化方法制备Mg2Ni合金的历程为合金化——非晶化——纳米晶化,球磨时间直接影响Mg2Ni合金的结构。高能球磨20h可以制备非晶态Mg2Ni合金,比普通的机械合金化方法制备非晶态Mg2Ni合金的时间减少了约5倍之多;高能球磨30h可以制备纳米晶态Mg2Ni合金,粒径在10nm以下,有团聚现象。研究了Mg2Ni纳米氢化物电极在不同温度下的电化学性能,并从热力学角度就Mg2Ni纳米氢化物电极的某些高温电化学性能进行了解释和推测。实验结果表明：在30～70℃范围内,随着温度增加,氢化物电极的电化学容量逐渐增加,在70℃时电化学容量可达530．5mAh／g,约为30℃放电容量273．2mAh／g的2倍,Mg2Ni纳米氢化物电极具有较好的高倍率放电性能及大电流充放电性能,这表明机械合金化方法制备的Mg2Ni纳米氢化物电极具备电动车用大型MH／Ni电池负极材料的初步条件,但容量衰减严重。     

非晶Ti-Al储氢电极合金的制备及其电化学性能

采用真空感应悬浮熔炼法制备了Ti3Al合金,将合金粉碎后与Ni粉进行机械球磨,从而制得非晶态Ti-Al储氢电极合金。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试等方法研究了Ti-Al合金的微结构和电化学性能。XRD分析表明,未添加Ni粉球磨后,Ti3Al合金不发生非晶态转变,而添加Ni粉球磨后,Ti3Al合金由晶态转变为非晶态。电化学测试表明未添加Ni粉的Ti3Al合金最大放电容量仅为100.7mA·h·g-1;当添加Ni粉与合金进行球磨之后,随着Ni粉添加量的增加,合金最大放电容量先增加后减小;当Ni粉添加量为200wt%时,合金最大放电容量达到最大值476.7mA·h·g-1。对Ti3Al+200wt%Ni合金的进一步研究表明,随着球磨时间的增加,其最大放电容量先增加后减小。总之,Ni促进了Ti-Al合金的非晶转变,改善了合金的电化学性能,Ni粉的添加量和球磨时间对合金的电化学性能有显著影响。     

球磨Zr7Ni10合金提高Zr基电极合金的电化学性能

为了提高合金的放电容量和高倍率放电性能，通过球磨Zr7Ni10合金对Zr0．5Ti0．5Mn0．7V0．2Co0．1Ni1．2合金表面进行改性，并研究了不同Zr，Ni10量和球磨时间对合金的相结构和电化学性能的影响。当采用8％（质量分数）Zr，Ni10进行球磨1h后，合金仍保持晶态，在50mAh／g电流条件下经过9次循环达到最大放电容量266mAh／g，比未球磨合金提高了约20％，而且在300mA／g电流条件下仍能保持最大放电容量的85%。随着球磨时间的增加，合金逐渐转为非晶态，合金的放电容量也迅速降低。非晶化合金在800℃进行热处理后大部分重新晶化，经过22次循环达到最大放电容量200mAh／g。     

球磨CeMg12+100%Ni合金热力学及电化学贮氢性能

用球磨工艺制备CeMg12+100%Ni电极合金,研究了球磨工艺对合金结构及电化学性能的影响。结果表明球磨CeMg12+100%Ni合金具有非晶纳米晶结构,由Mg2Ni相以及Ni相组成,其含量随球磨时间的延长而增加,这在一定程度上改善了合金的电化学放电性能。球磨非晶纳米晶具有较好的结构稳定性,在吸氢后形成的氢化物相仍保持非晶纳米晶尺度,这有利于降低氢化物的热稳定性,改善电化学放电性能。     

新型Ti—Cu—Ni基储氢合金的非晶化制备与电化学性能

采用先熔炼Ti2Cu再添加Ni粉进行复合球磨的工艺方法探索制备了Ti—Cu—Ni基非晶合金,并研究了Ni粉添加量和球磨时间对合金相结构与电化学储氢性能的影响。结果表明,Ni粉添加量和球磨时间对合金的相结构与电化学性能有显著影响。其中,晶态Ti2Cu熔铸合金的放电容量仅为3．7mAh／g;将其球磨120h后的放电容量仍然只有14．4mAh／g;当添加Ni粉复合球磨120h形成非晶结构后,其放电容量得到明显提高,其中TizCu＋50％Ni复合物的最大放电容量为82mAh／g,Ti2Cu＋100％Ni复合物的最大放电容量达到168mAh／g。同时,随着球磨时间的增加,合金的非晶化程度也增强,放电容量随之提高。研究发现,添加Ni粉进行复合球磨有助于Ti2Cu的非晶化转变,同时Ni还起到良好的电催化作用,改善了合金的电化学性能。     

Fe(Co,Ni)ZrB非晶/纳米晶的制备及晶化过程研究

采用机械合金化法制备了Fe70Zr10B20、Fe63Co7Zr10B20和Fe63Ni7Zr10B20合金.利用X射线衍射仪(XRD)研究了3种合金的机械合金化过程及晶化过程.Fe70Zr10 B20球磨50h后的合金由大量非晶相和少量晶态相组成,Co的添加对FeZrB非晶合金的形成起到了抑制作用;Ni的添加对FeZrB非晶合金的形成起到了促进作用.Fe70-Zr10B20、Fe63Co7Zr10B20合金的晶化过程容易进行,而Fe63 Ni7Zr10 B20合金的晶化比较困难.     

氢在不同成分和显微组织的Mg-Ni合金电极中的扩散能力研究

采用机械球磨的方法,制备了不同成分和显微组织的MgxNi(x=1%、1.5%、2%(原子分数))合金粉,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜的方法研究了Mg/Ni比对机械球磨过程中Mg-Ni合金粉末组织结构演变的影响。在不同的电位扫描速度下,对具有不同Mg/Ni比和显微组织结构的Mg-Ni合金电极循环伏安曲线进行了测量,并由此计算出了氢在这些电极中的扩散系数,分析了合金成分和显微组织对Mg-Ni合金电极中氢扩散能力的影响。其结果表明,降低Mg/Ni比,能提高Mg-Ni合金在球磨过程中非晶相的形成能力,Mg-Ni和Mg1.5Ni合金获得完全非晶相的球磨时间分别是120和160h。在由细小、分散并且完全非晶态的Mg-Ni合金颗粒制备的电极中,氢表现出较强的扩散能力,其扩散系数为1.98×10-8cm2/s。     

球磨La2Mg17与Ni复合合金的电化学贮氢性能研究

利用机械合金化法制备了La2Mg17+200%(质量分数)Ni复合储氢合金,并对不同球磨时间时合金的微观结构和电化学性能进行研究。结果发现,在球磨过程中Ni粉诱导了La-Mg-Ni非晶/纳米晶结构的形成。XRD和HRTEM结果共同表征了球磨80h时,合金中有Ni金属的存在,且XRD衍射峰强度较低,宽化严重,SAD为宽化的多环,表明形成非晶结构。电化学及其反应动力学测试结果发现,不同球磨时间的电化学反应的动力学控制机理是不同的。球磨60和80h后合金中不仅存在La-Mg-Ni非晶相,同时也有催化剂金属Ni,使合金的表面电荷转移反应电阻较小,氢在合金体相内的扩散系数D 和极限电流密度IL均最大,最终导致80h的放电容量为最大值948.3mAh/g。然而,当合金的球磨时间为100和120h时,合金粉化到纳米级,100h的电荷转移反应电阻Rct最大,合金表面电化学反应缓慢,且合金体相内的极限电流密度和氢扩散系数均最小,属于合金电解液表面间的电荷转移和氢向体相内扩散联合控制的过程,必然导致其放电比容量较小。     

球磨La2Mg17与Ni复合合金的电化学贮氢性能研究

利用机械合金化法制备了La2Mg17+200%(质量分数)Ni复合储氢合金,并对不同球磨时间时合金的微观结构和电化学性能进行研究。结果发现,在球磨过程中Ni粉诱导了La-Mg-Ni非晶/纳米晶结构的形成。XRD和HRTEM结果共同表征了球磨80h时,合金中有Ni金属的存在,且XRD衍射峰强度较低,宽化严重,SAD为宽化的多环,表明形成非晶结构。电化学及其反应动力学测试结果发现,不同球磨时间的电化学反应的动力学控制机理是不同的。球磨60和80h后合金中不仅存在La-Mg-Ni非晶相,同时也有催化剂金属Ni,使合金的表面电荷转移反应电阻较小,氢在合金体相内的扩散系数D和极限电流密度I L均最大,最终导致80h的放电容量为最大值948.3mAh/g。然而,当合金的球磨时间为100和120h时,合金粉化到纳米级,100h的电荷转移反应电阻R ct最大,合金表面电化学反应缓慢,且合金体相内的极限电流密度和氢扩散系数均最小,属于合金电解液表面间的电荷转移和氢向体相内扩散联合控制的过程,必然导致其放电比容量较小。     

非晶化程度对不同成分Mg-Ni非晶合金电极充放电容量的影响

研究了球磨过程中的非晶化程度对不同成分Mg-Ni非晶合金电化学吸放氢性能的影响。研究结果表明,随着合金成分的不同,非晶化程度的影响不同。当Ni含量低于50％(原子分数)时,合金粉末中的非晶相所占比例越高,即非晶化程度越高时,合金电极的放电容量越大;而当Ni含量高于50％(原子分数)时,非晶合金中存在少量游离态的Ni相,可提高电极的放电量。分析认为这与Ni相的存在改善了合金的吸放氢动力学性能有关。     

Ball milling of Co70 Fe8Si9B13 amorphous ribbon,crystallized ribbon and a mixture of pure crystalline powders

Co₇₀ Fe₈ Si₉B₁₃ amorphous ribbon, crystallized ribbon and a mixture of pure crystalline powders were mechanically alloyed by milling and nanocrystalline structures were obtained. The structural changes were monitored By X-ray diffraction and differential scanning calorimetry measurements. The thermal behaviour on heating the alloys prepared by ball milling was studied and the influence of the high-energy ball milling on the resulting phases was found.     

球磨Mg-Ni非晶形成的局部熔化-相互扩散-快速凝固机理

采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪等研究了Mg-Ni样品在球磨过程中的相结构、形貌、微区成分等变化规律,提出了球磨Mg-Ni非晶形成的局部熔化-相互扩散-快速凝固机理:样品在高于一定转速的球磨过程中发生局部熔化,镍粉镶嵌入熔体中,在磨球的撞击作用下,熔体经快速凝固形成成分不均的晶体样品.再次被磨球碰撞时,样品产生局部熔化-相互扩散-快速凝固过程并在界面处形成非晶薄层,随着球磨时间的延长,非晶层的厚度不断增加、样品的微区成分逐渐趋于均匀,原子排列也从长程有序转变为短程有序甚至无序的非晶结构.     

机械合金化法制备Co-Zr非晶软磁合金粉末的研究

研究了Co-Zr二元相图上4个共晶点成分配方Co90Zr10、Co53Zr47、Co35Zr65和Co21Zr79在球磨条件下的非晶态合金形成能力。分析结果表明,4种配方在一定的球磨时间内都能形成非晶态合金,其中非晶形成能力最强的为Co35Zr65。球磨时间对非晶的形成有重要影响,球磨时间过长,使形成的非晶态合金粉体反而向晶体转化。     

球磨Mg0.97La0.03Ni合金的热稳定性及电性能研究

采用XRD、DTA、SEM及电池性能测试仪等对球磨Mg0.97La0.03Ni合金的结构、形貌、活化性能、热稳定性、电化学稳定性及容量衰减机理等进行了详细的研究。结果表明：样品的热稳定性及循环稳定性随着球磨时间的延长而增加。经400r／min球磨50h的样品在第二次活化时即达到最大值450mAh／g．经25次循环充放电后．该样品的容量与其最大值相比下降了53％．容量衰减的主要原因有：在循环充放电过程中．非晶体逐渐分解生成Mg2NiH4和Ni等晶体相，同时在颗粒表面形成腐蚀产物Mg(OH)2等。     

机械合金化Co-Zr非晶软磁合金粉末的形成及热稳定性分析

研究了Co-Zr二元相图上4个共晶点成分配方Co90Zr10、Co53Zr47、Co35Zr65和Co21Zr79在球磨条件下的非晶态合金形成能力。采用X射线衍射和差热分析(DTA)对粉末的结构及热稳定性进行了分析。XRD分析结果表明,4种配方在一定的球磨时间内都能形成非晶态合金,其中非晶形成能力最强的为Co35Zr65。DTA分析结果表明,该合金系具有较高的热稳定性,并具有较高的非晶形成能力。球磨时间对非晶的形成有重要影响,球磨时间过长,使形成的非晶态合金粉体反而向晶体转化。     

Simultaneous improvement in the strength and corrosion resistance of Al via high-energy ball milling and Cr alloying

The corrosion resistance and mechanical properties of nanocrystalline aluminium (Al) and Al–20 wt.%Cr alloys, synthesized by high-energy ball milling followed by spark plasma sintering, were investigated. Both alloys exhibited an excellent combination of corrosion resistance and compressive yield strength, which was attributed to the nanocrystalline structure, extended solubility, uniformly distributed fine particles, and homogenous microstructure induced by high-energy ball milling. This work demonstrates the possibilities of developing ultra-high strength Al alloys with excellent corrosion resistance, exploiting conventionally insoluble elements or alloying additions via suitable processing routes.     

机械合金化Fe─B非晶合金及纳米合金的形成

在适当条件下机械合金化可以形成急冷法难以得到的单一Ｆｅ６０Ｂ４０非晶合金，而在其他成分内形成亚稳纳米合金。在众多的球磨条件中，球磨机的转速是控制合金化的重要因素，空气中的氧对小颗粒界面产生了强烈的污染作用，从而抑制了原子的相互扩散，难以形成单一的非晶产物。不同球磨条件下的产物含有的非晶相的晶化温度比单一非晶相合金的晶化温度稍高，并且与球磨条件以及成分的关系不大。