稀土元素對R-Y-Ni系A2B7型無鎂儲氫合金微觀結構和電化學性能的影響

姜婉婷 羅永春＊,,2 趙 磊 鄧安強 張國慶

(1蘭州理工大學材料學院，蘭州 730050)

(2蘭州理工大學有色金屬先進加工與再利用省部共建國家重點實驗室，蘭州 730050)

超點陣結構La-Mg-Ni系AB3～3.8型稀土儲氫合金由于具有平坦適中的吸放氫平臺和較高的電化學放電容量(～400mAh·g-1)，迄今已被廣泛研究[1-5]。在La-Mg-Ni系合金中，Mg元素對減小氫致非晶化傾向、增強合金吸放氫過程中的結構穩(wěn)定性以及改善和提高儲氫與電化學性能等方面具有重要作用[6-9]，因而是該類合金電極材料中不可或缺的關鍵合金化元素。然而，金屬Mg的熔點較低(648.8℃)，飽和蒸汽壓較高，使得冶金熔煉La-Mg-Ni系合金時極易揮發(fā)和產(chǎn)生粉塵與爆炸，不僅給制備合金帶來很大的安全隱患并增加了制備成本，同時對控制Mg含量與相組成以及電極與電池性能的一致性帶來較大困難。此外，Mg元素性質(zhì)十分活潑，較負的氧化-還原電位(-2.363 V)使其在水系堿液中電化學反應時易產(chǎn)生腐蝕，進而不利于合金電極循環(huán)壽命。

2001年 Baddour-Hadjean等[10]報道的 PuNi3型LaY2Ni9合金的儲氫容量(1.515%(w/w))明顯高于LaMg2Ni9合金，但由于吸放氫平臺滯后較大且發(fā)生部分氫致非晶化現(xiàn)象使其電化學放電容量較低(260 mAh·g-1)。 Berezovets 等[11]研究了 PuNi3型 YNi3-xMnx(x=0～0.833)退火合金的儲氫和電化學性能，該合金最大放電容量達到305mAh·g-1，充放電200次后的容量保持率達90%，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。近期Latroche和Charbonnier等[12-13]報道了具有Gd2Co7型的Y2Ni7合金氣態(tài)儲氫性能，并比較了A2Ni7型(A=Y，Gd，Sm)合金儲氫性能與其電化學行為的相關性。結果表明，Y2Ni7合金氣態(tài)儲氫時呈現(xiàn)多個吸放氫平臺壓，最大儲氫量為1.48%(w/w)，吸放氫循環(huán)后合金未發(fā)生氫致非晶化，而Gd2Ni7和Sm2Ni7合金吸放氫后易發(fā)生氫致非晶化。……