Influence of Doped Elements on Electrochemical High Temperature Performance of La-riched Hydrogen Storage Material

1　IntroductionNi MHrechargeablebatterieshavebeenpromisingbatteriesforelectricvehiclesbecauseoftheirhighratioofpricetoperformance .However ,arapiddecayofthehydro genstoragematerialsoccurswhentheyareappliedtobat teriesforelectrics .Thecapacitydecaymaybecausedbytherisingoftemperatureinbatterieswhentheyarechargedanddischargedatahighcurrent.Itwasfoundthattheelectrochemicalperformancesofhydrogenstoragematerialsbecameworseathightemperatures .Itisexpectedthatthechangeinchemicalcomposi tionoftheallo…     

退火处理对La-Mg-Ni-Co合金电化学性能的影响

为了改善La-Mg-Ni-Co系贮氢电极合金的综合电化学性能，研究了退火处理对La0.7Mg0.3(Ni0.85Co0.15)3.4相结构和电化学性能的影响.在1 073 ～1 223 K下退火9 h制得样品，并进行了XRD分析以及恒电流充放电、线性极化和恒电位阶跃3种电化学测试.结果表明，铸态和退火态合金均由具有PuNi3结构的主相及少量杂相组成.退火态合金相的成分和结构均匀性得到明显改善，并具有较低的吸氢体积膨胀率.退火处理使合金的最大放电容量有所提高，循环稳定性得到明显改善.退火态合金放电容量的提高与合金中主相丰度的增大密切相关.合金循环稳定性的改善主要归结于退火态合金具有较低的吸氢体积膨胀率和较好的合金成分均匀性.     

Influences of melt spinning on electrochemical hydrogen storage performance of nanocrystalline and amorphous Mg2Ni-type alloys

In order to improve the electrochemical hydrogen storage performance of the Mg₂Ni-type electrode alloys, Mg in the alloy was partially substituted by La, and the nanocrystalline and amorphous Mg₂Ni-type Mg_20−x La _x Ni₁₀ (x=0, 2) alloys were synthesized by melt-spinning technique. The microstructures of the as-spun alloys were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The electrochemical hydrogen storage properties of the experimental alloys were tested. The results show that no amorphous phase is detected in the as-spun Mg₂₀Ni₁₀ alloy, but the as-spun Mg₁₈La₂Ni₁₀ alloy holds a major amorphous phase. As La content increases from 0 to 2, the maximum discharge capacity of the as-spun (20 m/s) alloys rises from 96.5 to 387.1 mA·h/g, and the capacity retaining rate (S ₂₀) at the 20th cycle grows from 31.3% to 71.7%. Melt-spinning engenders an impactful effect on the electrochemical hydrogen storage performances of the alloys. With the increase in the spinning rate from 0 to 30 m/s, the maximum discharge capacity increases from 30.3 to 135.5 mA·h/g for the Mg₂₀Ni₁₀ alloy, and from 197.2 to 406.5 mA·h/g for the Mg₁₈La₂Ni₁₀ alloy. The capacity retaining rate (S ₂₀) of the Mg₂₀Ni₁₀ alloy at the 20th cycle slightly falls from 36.7% to 27.1%, but it markedly mounts up from 37.3% to 78.3% for the Mg₁₈La₂Ni₁₀ alloy.     

非化学计量比对贮氢合金Mm(NiCoMnAl)5Bx电化学性能的影响

研究了稀土系非化学计量比贮氢合金Mm(NiCoMrLAl5)5Bx(x=0，0．1，0．2，0．3，0．4)微观结构及电化学性能，分析了非化学计量比x对贮氢合金电化学性能的影响．研究结果表明，铸态非化学计量比合金Mn(NiCoMnAl)5Bx具有双相组织，主相为CaCu5结构相，还有少量CeCO4B第二相，第二相的相丰度随x的增加而增大．经22m/s淬速快淬处理后，合金中的第二相消失．随非化学计量比x的增加，合金的电化学容量下降，但活化性能、倍率放电能力循环寿命明显提高，放电电压特性得到一定改善．     

Cu对高淬速AB5型贮氢合金电化学性能的影响

用Cu替代Mn(NiMnAl)4.9C00.4合金中50％的Co元素，对两种合金分别进行快淬处理，测试了它们的活化性能，放电容量，放电电压性能和高倍率放电能力，试验结果表明，Cu替代Co元素不影响合金的活化次数，且使放电容量，低倍率放电电压平台得到明显改善，但高倍率放电电压特性格略有降低，合金的高倍率放电能力下降。     

稀土-镁-镍基贮氢合金的研究进展

综述了近几年稀土-镁-镍基贮氢合金电极材料相结构与电化学性能等方面的研究进展。介绍了改善合金电化学性能的方法,包括合金组成的改进、热处理、表面处理、制备复合合金等方法。讨论了稀土-镁-镍基贮氢合金研究中的几个重要问题以及发展方向。     

AB5型储氢合金电极材料的研究

采用熔体旋转(melt-spinning)技术制备的AB5型储氢合金，用扫描电镜观察合金的显微组织并对合金成分进行了EDX分析，用XRD研究合金结构和晶胞参数及吸氢体胀率，对比快淬态与铸态合金的使用性能．结果表明．快淬态合金性能优于铸态合金．     

La1-x Cex Ni3．54 CO0．78 Mn0．35 A10．32贮氢合金相结构和电化学性能的研究

采用真空电弧熔炼和热处理方法制备了La1-x Cex Ni3．54 CO0．78 Mn0．35 A10．32（x=0．1,0．2,0．3,0．4,0．5,0．6）贮氢合金．x射线衍射（XRD）分析表明,合金含有单-CaCu5型六方结构相．电化学性能测试表明,随着x的增加,合金的最大放电容量从348．1mAh／g（x=0．1）单调地减小到310．1mAh／g（x=0．6）;HRD1200先从28．6％（x=0．1）增加到65．4％（x=0．5）然后降低到60．1％（x=0．6）,归因于合金表面的电催化活性和合金体内氢原子扩散速率均随z的增大先增大后减小．     

La1-xCexNi3.54Co0.78Mn0.35Al0.32贮氢合金相结构和电化学性能的研究

采用真空电弧熔炼和热处理方法制备了La1-xCexNi3.54Co0.78Mn0.35Al0.32(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6)贮氢合金.X射线衍射(XRD)分析表明,合金含有单一CaCu5型六方结构相.电化学性能测试表明,随着x的增加,合金的最大放电容量从348.1mAh/g(x=0.1)单调地减小到310.1 mAh/g(x=0.6);HRD1200先从28.6%(x=0.1)增加到65.4%(x=0.5)然后降低到60.1%(x=0.6),归因于合金表面的电催化活性和合金体内氢原子扩散速率均随x的增大先增大后减小.     

硼及快淬工艺对La-Mg-Ni系贮氢合金的微观结构及电化学容量的影响

用铸造及快淬工艺制备了La-Mg-Ni系(PuNi3型)贮氢合金La2Mg(Ni0.85Co0.15)9Bx(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2),分析测试了铸态及快淬态合金的微观结构与电化学容量,研究了硼及快淬工艺对合金微观结构及电化学容量的影响.结果表明,铸态合金具有多相结构,包括(La,Mg)Ni3相(PuNi3型)、LaNi5相,一定量的LaNi2相和微量的Ni2B相,经快淬处理后Ni2B相消失.硼的加入对铸态及快淬态合金的容量产生不同的影响,铸态合金的容量随硼含量的增加而单调下降,而快淬态合金的容量随硼含量的增加有一极大值.快淬处理对含硼及不含硼合金的容量也有不同的影响,随淬速的增加,不含硼合金的容量单调下降,而含硼合金的容量可以获得一个极大值.     

气体雾化AB5型贮氢合金微观结构特征及电化学性能

用气体雾化方法可以制备具有CaCu5型六方晶体结构MmNi5-x(CoMnAl)x的球形贮氢合金粉．其贮氢合金表面存在氧化层．气体雾化合金需要较长周期才能充分活化，然而气体雾化合金的循环寿命明显优于机械球磨合金．     

La(Ni,Sn)5+x (x=0～0.35)贮氢合金的晶体结构与电化学性能

系统研究了La(Ni,Sn)_5+x（x=0~0.35) 无Co贮氢合金的化学计量比对其晶体结构及电化学性能的影响.X射线衍射分析仪（XRD）分析表明，上述合金均为单相CaCu₅结构.但在过计量比(x>0)合金的结构中，有部分1a位置元素（La）的原子被沿c轴定向排列的Ni-Ni“哑铃”对所替代，且其替代La原子的分数随x的增大而增多，从而导致合金晶胞的c轴及c/a比值明显增大，晶胞体积有所减小，并显著降低了合金的吸氢体积膨胀率.电化学测试表明，增大x值可使合金的循环稳定性得到显著提高，但也使合金的最大放电容量和高倍率放电性能有所降低.研究发现，由于合金的化学计量比增大会使其结构中含有较多的Ni-Ni“哑铃”对，合金的抗吸氢粉化能力得到了明显的改善，从而使合金在充放电过程中的反应比表面积有所减小、腐蚀速率得到抑制、循环稳定性得到显著提高.但合金反应比表面积的减小也导致了电极反应的速率的减小，从而使其高倍率放电性能有所降低.     

新法回收废储氢合金性能的研究

针对废储氢合金粉回收提出一种全新的方法,即提炼和冶炼相结合的方法,并研究提炼后的中间合金及再生新合金的性能.经测试,回收后储氢合金的电化学容量达到282 mAh/g,PCT测试固气吸氢量为1.032%(质量分数),X射线测得主体相为CaCu5型六方结构,但其中含有微量杂质相,这有待于对中间合金的提炼工艺做进一步的研究.总之,利用此种方法得到回收后储氢合金的性能与原合金相近,是一种具有广阔发展前景的回收方法.     

贮氢材料研究进展

氢是一种清洁的绿色能源,其应用研究受到了广泛的关注。氢能的利用可以保护环境、减少污染、充分发挥能源利用率。本文概述了贮氢材料的种类及其最新的研究进展,介绍了贮氢材料的性能特点,并对贮氢合金、轻质金属-铝氢化物、玻璃微球、碳纳米管、高比表面活性炭、有机液体氢化物等贮氢材料做了进一步的综述。     

电沉积Ni La P合金上析氢的研究

在１ ｍｏｌ·Ｌ－ １ 　ＫＯＨ 水溶液中测量了Ｎｉ 电极和Ｎｉ Ｌａ Ｐ合金电极上析氢反应的极化曲线．实验结果表明,与镍电极相比,Ｎｉ Ｌａ Ｐ合金电极上析氢的速度比Ｎｉ 电极约大１０ 倍,析氢电势正移２００ ～３００ ｍＶ（ 在ｉｃ ＝ １００～１５０ｍＡ·ｃｍ － ２） ．显示出Ｎｉ Ｌａ Ｐ合金具有较高的析氢催化活性,有利于降低槽电压,减少能耗．     

LaxMm1-x(NiCoMnCuAl)5.1贮氢合金的电化学性能

在低钴AB5型贮氢合金LaxMm1-x(NiCoMnCuAl)5．1(x=0．25，0．38，0．56，0．74)中，加入纯La调整富Ce混合稀土中的La含量，测试了合金的电化学性能，研究了La含量的变化对LaxMm1-x(NiCoMnCuAl)5．1合金晶格参数、热力学参数及电化学性能的影响。结果表明，合金的晶格常数、晶胞体积及标准生成焓的绝对值随La含量的增加而增大，La含量的增加对提高铸态及快淬态合金的容量有利，但使得电化学循环稳定性及放电平台压下降，La含量的变化对合金的活化性能基本没有影响，铸态和快淬态合金通过1～2次循环均可完全活化。     

MoS2/硼掺杂石墨烯的电化学析氢和储锂性能

为了研发高效低成本的析氢反应(HER)电催化剂和高性能的电化学储锂电极材料,通过一步水热法制备MoS₂/硼掺杂石墨烯（MoS₂/BG）复合材料. 结果表明,少堆积MoS₂纳米片均匀地分散在硼掺杂石墨烯上,并具有较多的无序结构和扩大的层间距. 作为析氢反应电催化剂,MoS₂/BG复合材料表现出较高的电催化活性和较低的Tafel斜率（46.3 mV/dec）;作为电化学储锂电极材料,MoS₂/BG复合材料表现出优异的电化学储锂性能,可逆比容量为1 205 mA·h/g,并具有稳定的循环性能和显著增强的高倍率特性. MoS₂/BG复合材料电化学性能优异是由于硼掺杂改变石墨烯的电子性质和表面特性,以及无序结构较多的弱堆积MoS₂层均匀地分散在硼掺杂石墨烯表面,增加电催化析氢反应的活性位点和电化学储锂能力,降低电极反应的电子转移阻抗,增强电极反应的动力学性能.     

从废渣中提取的稀土镍钴合金储氢性能的研究

采用水浴—合金置换—电弧渣金熔分三步法从储氢合金冶炼废渣中提取稀土镍钴合金,以此为母合金,依据设计的成分,配入纯金属,电弧熔炼配制成新的储氢合金,测试其储氢性能,结果表明,回收后储氢合金的电化学容量达到315 mAh/g,接近标准储氢合金粉;气固吸氢量为1.403%,PCT曲线平台明显,且平台比较宽,表明吸氢量大;当合金容量衰减到初始容量的80%时,其循环次数为158次.     

Effect of VFe addition on hydrogen storage behavior of TiMn1.5-based alloys

The hydrogen absorption and desorption behavior of TiMn1.25Cr0.25 alloys with VFe substitution for partial Mn was investigated at 273, 293 and 313 K. It is found that VFe substitution increases their hydrogen storage capacity, decreases the plateau pressure and the hysteresis factor of their pressure-composition-temperature (PCT) curves. After annealing treatment at 1223 K for 6 h, TiMn0.95Cr0.25(VFe)0.3 alloy exhibits a lower hydrogen desorption plateau pressure (0.27 MPa at 313 K) and a smaller hysteresis factor (0.13 at 313 K); the maximum and effective hydrogen storage capacities (mass fraction) are 2.03% and 1.12% respectively, which can satisfy the demand of hydrogen storage tanks for proton exchange membrane fuel cells (PEMFC).     

Effects of alloying side B on Ti-based AB2 hydrogen storage alloys

Ti-based AB2-type hydrogen storage alloys are a group of promising materials, which will probably replace the prevalent rare earth-based AB5-type alloys and be adopted as the main cathode materials of nickelmetal hydride (Ni-MH) batteries in the near future. Alloying in side B is a major way to improve the performance of Ti-based AB2-type alloys. Based on recent studies, the effects of alloying elements in side B upon the performance of Ti-based AB2-type hydrogen storage alloys are systematically reviewed here. These performance sare divided into two categories, namely PCI characteristics, including hydrogen storage capacity (HSC), plateau pressure (PP), pressure hysteresis (PH) and pressure plateau sloping (PPS), and electrochemical properties, including discharge capacity (DC), activation property ( AP), cycling stability (CS) and high-rate dischargeability (HRD). Furthermore, the existing problems in these investigations and some suggestions for future research are proposed.