貯氫合金La-Mg-Ni系的貯氫性能

吳靜然

(承德石油高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系，河北承德 067000)

貯氫合金La-Mg-Ni系的貯氫性能

吳靜然

(承德石油高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系，河北承德 067000)

借助X-ray及吸氫性能測(cè)試裝置研究了AB3型La-Mg-Ni系貯氫合金的結(jié)構(gòu)和貯氫性能，測(cè)試了不同溫度下合金的PCT曲線。結(jié)果表明，La-Mg-Ni系貯氫合金可獲得(La，Mg)Ni3相組織;加Co，改善了合金的特性，并使平臺(tái)壓力降低。

La-Mg-Ni系貯氫合金;貯氫性能;PCT曲線

最近幾年來，用于大功率放電Ni/MH電池的負(fù)極材料主要是基于稀土元素的AB5型合金和基于Ti、Zr元素的 AB2型合金［1，2］。但是，由于 AB5型合金容量有限(≤320 mAh/g)［3］，而 AB2型合金則活化困難、放電能力較低［4］，嚴(yán)重限制了這兩種合金的近一步發(fā)展和應(yīng)用。為此，開發(fā)具有貯氫能力高、放電動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)良、循環(huán)壽命長(zhǎng)、活化性能好的AB3型貯氫材料成為新的研究目標(biāo)。本文將主要研究AB3型La-Mg-Ni系貯氫合金的貯氫性能。

1 實(shí)驗(yàn)方法

按化學(xué)式配比PuNi3型合金，在高純Ar保護(hù)下用感應(yīng)熔煉爐熔煉而成，所用原材料純度為:La 99.5%，Ni 99.9%，Co 99.9%，Mg≥99.5%。為使合金成分均勻，每個(gè)合金樣經(jīng)翻轉(zhuǎn)重熔三次。

合金相結(jié)構(gòu)用Philips MPD型X射線衍射儀進(jìn)行測(cè)試。PCT測(cè)定是將上述合金機(jī)械粉碎并過100目篩，取10 g合金粉裝入反應(yīng)器中用Sievert型測(cè)試儀測(cè)試合金的吸氫性能。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 合金的相結(jié)構(gòu)分析

圖1為L(zhǎng)a-Mg-Ni系合金的XRD譜。由圖可見，三種合金均為多相結(jié)構(gòu)。表1為L(zhǎng)a-Mg-Ni系合金主相的晶胞常數(shù)。從每種合金的XRD譜中衍射峰的強(qiáng)度來判斷，La0.67Mg0.33Ni3合金的主相為(La，Mg)Ni3相，并含有(La，Mg)Ni2相。La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5合金的主相為(La，Mg)Ni3相，并含有(La，Mg)2Ni7相。La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金的主相為(La，Mg)Ni3相和(La，Mg)2Ni7相。對(duì)于LaNi3型過化學(xué)計(jì)量 La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金，將直接導(dǎo)致出現(xiàn)La2Ni7相。Mg在(La，Mg)Ni3相只占據(jù)6c位置，在(La，Mg)2Ni7相中占據(jù) AB2單元中的4f位置。

表1 La-Mg-Ni系合金主相的晶胞常數(shù)

2.2 合金的吸氫性能

圖 2 為 La-Mg-Ni系合金的 PCT 曲線。從圖 2 中可以看出，La0.67Mg0.33Ni3、La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5、La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金的平臺(tái)壓力(Peq)分別為 0.171MPa、0.035 MPa、0.026 MPa，在2MPa下最大吸氫量的原子比(H/M)分別為 0.93、0.95、0.97。系列合金的主相為(La、 Mg)Ni3相， Oesterricher［5］和Takeshita［6］等人報(bào)道了具有 PuNi3結(jié)構(gòu)的LaNi3型合金的氣態(tài)吸氫量高于具有CaCu5結(jié)構(gòu)的LaNi5型合金，因此合金中(La，Mg)Ni3相的增加使氣態(tài)吸氫量也增加。Mg的加入抑制了吸氫的反應(yīng)速度，減少了合金非晶相的產(chǎn)生，而且Mg的正電性強(qiáng)，穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)，降低平衡氫壓。比較可以看出，La0.67Mg0.33Ni3合金平臺(tái)壓力較高，加 Co后，La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5、La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金平臺(tái)壓力明顯下降，而且最大吸氫量也有所增大，說明Co對(duì)降低PuNi3型貯氫合金的平衡氫壓和增大合金的最大吸氫量很有效。對(duì)于LaNi3型過化學(xué)計(jì)量La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金，它的平臺(tái)壓力比化學(xué)計(jì)量 La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5合金低，且最大吸氫量也比其大。這是由于 La2Ni7的增加使合金的平衡氫壓降低，吸氫量增大。

3 結(jié)論

La0.67Mg0.33Ni3、La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5、La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5三種合金均為多相結(jié)構(gòu)，三種合金均含有少量未知相。合金 PCT 平臺(tái)壓力高低順序?yàn)?La0.67Mg0.33Ni3(0.171 MPa)＞ La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5(0.035 MPa)＞ La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5(0.026 MPa)，在 30 ℃2.0 MPa 下合金最大吸氫量的原子比大小順序?yàn)?La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5(0.97)＞ La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5(0.95)＞ La0.67Mg0.33Ni3(0.93)。加 Co，改善了合金的特性，并使平臺(tái)壓力降低。

［1］ Sakai T，Matsuoka M，Iwakura C.In:Gschneibner Jr.KA，Eyring L，editors.Hand book on the physics and chemistry of rare earths.Amsterdam:Elsevier，1995.p.320.

［2］ S.R.Ovshinsky，M.A.Fetcenko，J.Ross.A Nickel Metal Hydride Battery for Electric Vehicles［J］.Science，1993(260):176－181.

［3］ H.Ogawa，M.Ikoma，H.Kawano，etc.Metal hydride electrode for high energy density sealed nickel-metal hydride battery［J］.Power Sources，1988(12):393 – 395.

［4］ J.J.Reilly ，Metal Hydride Electrodes.In:J.O.Besenhard，Editor，Handbook of battery materials［M］.New York:Wiley，2000.

［5］ H.Oesterreicher，K.Ensslen，A.Kerlin，etc.The correlation between composition and electrochemical properties of metal hydride electrodes［J］.Alloys Comp.，1999，293 －295.

［6］ T.Takeshita，W.E.Wallace，R.S.Craig.Stability of hydrogen in RCo3 compounds［J］.Inorganic Chem，1974(13):2283－2284.

Hydrogen Storage Properties of La-Mg-Ni System

WU Jing-ran
(Department of Mechanical Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China)

The hydriding performance and structure of La-Mg-Ni system hydrogen storage alloys were investigated by pressure-composition isotherms，XRD and atomic parameters.The results of XRD analysis，(La，Mg)Ni3phase was obtained in La-Mg-Ni system hydrogen storage alloys.The activation performance partially replaced by Co can be improved.The substitution of Ni by Co could lower the plateau pressure.

La-Mg-Ni system hydrogen storage alloys;hydrogen storage properties;PCT curves

TG139.7

B

1008-9446(2011)02-0039-03

承德市科研項(xiàng)目(新型稀土系高性能貯氫電級(jí)合金材料研究):201021128。

2011-03-23

吳靜然(1976－)，女，遼寧沈陽人，承德石油高等專科學(xué)校機(jī)械工程系講師，碩士，主要從事新材料研究。