铈及退火处理对低钴AB5型贮氢合金电化学动力学性能的影响

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目前已商品化的小型镍氢电池使用的AB5型贮氢合金负极材料还不能满足高倍率放电性能的实用化要求,为了进一步改善AB5型贮氢合金的高倍率放电性能,本文研究了Ce含量和退火处理对低钴AB5贮氢合金的相结构和电化学动力学性能的影响。通过感应熔炼方法和不同温度退火处理制备了低钴La0.90-xCex- Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.40Mn0.40Al0.30 (x = 0.10, 0.20, 0.30, 0.40)和低钴低镁La0.77Ce0.19Mg0.04Ni4.20Mn0.40Co0.30Al0.30贮氢合金。采用ICP测试方法测定合金的实际组成,使用XRD对合金的相结构进行表征,并通过线性极化、电化学阻抗、阳极极化、恒电位阶跃、循环伏安和恒电流充/放电等方法测试了合金电极的动力学性能和电化学性能。合金La0.90-xCexPr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.40Mn0.40Al0.30和低钴低镁合金La0.77Ce0.19Mg0.04Ni4.20Mn0.40Co0.30Al0.30CaCu5由CaCu5型结构LaNi5相组成。在低钴合金La0.90-xCexPr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.40Mn0.40Al0.30 (x = 0.10, 0.20, 0.30, 0.40)中,随着Ce含量增加,氢化物稳定性和最大放电容量降低;高倍率放电性能HRD1440从44.4%(x = 0.10)先增加到59.9% (x = 0.30),然后降低到53.9% (x 0.40)。交换电流密度I0先从201.4 mA/g (x = 0.10)增至277.9 mA/g (x = 0.30)后又降至265.0 mA/g (x 0.40);合金内部氢扩散速率逐步增加,氢在合金中的扩散系数D从1.38×10-10 cm2/s (x = 0.10)增加到2.23×10-10 cm2/s (x 0.40)。当x = 0.30时,合金具有较好的电化学动力学性能。退火处理可以改善合金La0.77Ce0.19Mg0.04Ni4.20Mn0.40Co0.30Al0.30电极的电化学动力学性能。退火后合金与铸态合金相比放电平台降低且更加平坦。在1440 mA/g放电电流密度为下,铸态合金的高倍率放电性能HRD = 77.5%,退火温度为1223 K的合金高倍率放电性能HRD = 82.1%。随着退火温度的升高,合金电极的表面电荷转移速率降低,合金内部氢扩散速率先上升后下降、合金高倍率放电性能与合金内部氢扩散速率变化趋势一致。
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