摘要
为了解稀土铈(Ce)元素对超晶格La-Y-Ni系储氢合金结构和性能的影响,本文用等量La,Ce部分替代A2B7型La-Y-Ni-Mn-Al合金中的Y元素，并改变Y/(LaCe)的比例，设计了A2B7型(LaCe)xY6-2xNi18.5Mn1.5Al(x=0.95,1.00,1.15,1.20,1.25,1.30)系列储氢合金。采用真空感应熔炼-快淬法以及随后的退火热处理制备了所设计的6种合金，应用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)测试了合金样品的组织结构和元素分布状态，应用电化学测试装置、Sieverts装置测试了合金样品的充/放电循环曲线、放电动力学特性、PCT曲线。 合金经1148K退火16h后，合金主相均为2H型Ce2Ni7相，次相为3R型Gd2Co7相。随着La,Ce的增加，合金主相逐渐增多，次相逐渐减少，x=1.25合金出现少量CeNi3相，x=1.30合金Gd2Co7相消失，CeNi3相增多;合金电化学容量呈先增加后减少的趋势;容量保持率逐渐提升，x=1.30合金循环100周后容量保持率为69.2％;动力学性能逐渐降低。 以综合性能最佳的(LaCe)1.15Y3.7Ni18.5Mn1.5Al合金作为研究对象，进一步在不同温度(1048、1098、1148、1198、1248K)热处理。随着热处理温度的升高,合金主相Ce2Ni7相逐渐增多，且在1198K时转变为Ce2Ni7单相合金，1248K时则出现少量CeNi3相。随着合金中Ce2Ni7相的增多，合金的储氢能力和循环稳定性均逐渐升高,Ce2Ni7单相合金电化学容量及固/H2反应吸氢量分别为364.5mAh·g-1和1.361wt％;合金电极的高倍率放电性能先减小后增加;氢扩散系数D0与倍率性能递变规律一致。 进一步研究了(LaCe)xY6-2xNi18.5Mn1.5Al(x=0.95,1.15,1.25,)三种合金以及x=1.15合金在1148K和1198K热处理得到的二种不同组成相合金的容量衰减机理。造成合金容量衰减的主要原因有颗粒粉化以及合金电极在碱液中的氧化/腐蚀。La,Ce的增加会提升合金的抗粉化能力。La-Y-Ni系储氢合金中的Y元素更容易被氧化。Ce2Ni7相的增加会提升合金的循环稳定性。
NETL