测试条件对la0.85mg0.15ni2.75co1.05储氢合金性能影响的研究(附件)【字数：11874】
摘 要摘 要在本文中，对于La-Mg-Ni 系储氢合金进行了系统综合的分析。在结合各项分析后选取A5B19型储氢合金作为本次课题的研究对象。通过分析，我们决定采用La0.85Mg0.15Ni2.75Co1.05储氢合金。通过对A5B19型（Ce5Co19+Pr5Co19）储氢合金的研究，来提高镍氢电池(Ni/MH)的电化学性能，从而能够更好更快的使镍氢电池(Ni/MH)产品化。镍氢电池(Ni/MH)中我们主要考虑的电化学性能有最大放电容量、循环稳定性、氢扩散系数以及活化性能。在本文中，我们主要研究的是在不同测试条件下La0.85Mg0.15Ni2.75Co1.05储氢合金电化学性能影响因素。通过退火处理，可以有效改善合金的综合性能。同时，考虑到在试验中退火温度和时间都对实验结果有影响。因此，在试验中我们要保持一定的退火温度和时间。在合金进行退火处理后，合金的电化学性能与A5B19型的相丰度有很大关系。通过在合金中添加C、CuO和Al2O3，并且同时改变添加物质的含量来改善合金电极的电化学性能。通过实验以及研究分析，在保持8小时退火时间和900℃退火温度的条件下，添加5%的CuO能够很好的改善合金电极的电化学性能。关键词A5B19型储氢合金、电化学性能、镍氢电池、退火处理
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 氢能源的研究及发展 2
1.2.1 煤制氢 2
1.2.2 天然气制氢 2
1.2.3 焦炉煤气制氢 3
1.3 储氢合金的发展 3
1.3.1 AB5型储氢合金 4
1.3.2 AB3型储氢合金 5
1.3.3 AB2型储氢合金 5
1.3.4 AB型储氢合金 6
1.3.5 A2B型储氢合金 6
1.4 MH/Ni电池的工作原理及研究发展 7
1.4.1 MH/Ni电池的工作原理 7
1.5 课题研究意义 8
1.6 课题研究内容 8
第二章 试验材料和方法 9
2.1 合金的成分设计及样品制备 9
2.1.1 合金的成分设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
9
2.1.2合金样品的熔炼制备 9
2.2合金电化学性能测试 10
2.2.1合金电极的制备过程 10
2.2.2开口三电极系统 11
2.2.3合金电极活化性能和最大放电容量 12
2.2.4合金电极的电化学循环稳定性 12
2.2.5高倍率放电性能测试 12
2.2.6线性极化以及交换电流密度 13
2.2.7 交流阻抗 13
2.2.8 恒电位阶跃 13
2.2.9 阳极极化 13
第三章 实验结果及分析 15
3.1相结构与组织分析 15
3.2 合金元素的烧损和挥发 15
3.3 合金的晶体结构 16
3.4 合金电极的电化学性能 17
3.4.1活化性能和最大放电容量 17
3.4.2 合金电极的循环稳定性 19
3.5合金电极的动力学性能 20
3.5.1高倍率放电性能 20
3.5.2 电化学反应阻抗与交换电流密度 22
3.5.3 极限电流密度与氢的扩散系数 24
第四章 实验结果及讨论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪 论
1.1 引言
随着人类技术的不断进步，对各个方向的不断开发和探索，人类对于资源的需求量也在不断扩大。工业革命使人们向着现代化迈进，能源作为进步的动力迅速推动着人类社会的发展。一个多世纪以来，化石燃料一直是人类依靠的主要能源，但是化石燃料的形成需要很长的周期，像煤、石油、天然气等都需要数万年乃至数百万年才能形成。然而，对于不可再生资源，过度的开发和利用只能使资源愈发枯竭并且伴随着环境污染等一系列问题的出现。雾霾、酸雨、温室效应等问题的产生都是因为化石燃料的燃烧。因此，为了能够使人类社会持续健康的发展，寻找绿色、清洁、无污染的可再生新能源成为人类共同追求的目标。
于是，可再生资源成为世界上各个国家重点研究和发展的领域。人们已经认识到氢是二十一世纪最重要的新能源之一，氢能源作为一种可再生资源并且是高能量密度清洁无污染的绿色新能源，成为国内外研究的重要课题。对汽车来讲，氢气的存储应当密度高、轻便、安全而且经济。1970年，美国通用汽车公司提出了"氢经济"的理念[1]，这种理念大大提升了储氢材料的研究水平，因此，储氢材料在H2的提取、材料回收和清洁以及供暖设备等都有广泛的使用。现今世界上很多大型的车企，例如：本田，福特和丰田等都已经对氢能源汽车展开了大量的研究，目前正积极的在市场推广其生产的MHNi电池驱动或者混合驱动的新能源汽车。众所周知，稀土是储氢合金的主要原料，而我国拥有极其丰富的的稀土资源，地球大约百分之七十的稀土资源分布在我国境内，丰富的稀土资源更加有助于我国MHNi电池的发展。
但是，氢气密度较小且活泼性强，氢气存储存在一定的技术难度。氢在正常情况下都是气体形式，同时还存在容易燃烧和爆炸以及容易扩散的问题，在实际应用中需要考虑氢气的储存和运输问题，以防止氢气泄漏而引发的安全事故。
因此，对于氢气的储存问题以及储氢材料的研究有非常重要的意义和良好的发展前景。
1.2 氢能源的研究及发展
进入二十一世纪以来，人们愈加发现现有的传统能源已经不能满足未来人类社会扩张式的发展。同时，现有的传统能源也在人类的不断开发下日趋枯竭。寻找并发现新能源成为新世纪人们需要做的头等大事。随着科技的发展，氢被人们认为是能够很好的一种新能源能够取代现有的传统能源。随着我国经济的不断发展，氢气设备不断转型升级，由原来的百吨级别已经提高到十万吨级别，尤其是最近一段时间的快速发展，现今我国的氢气产量年均能够超过一千万吨。
1.2.1 煤制氢
在我国，由于气候条件和地理条件的影响，能源总体状况为煤炭多氢气少，煤炭资源相对于能源总量高达百分之七十，年均产煤超过三十亿吨。利用煤炭制造氢气首先要使用煤气发生炉生产水煤气，其次还要脱硫除尘，然后经过变换获得变脱气，最后一步是利用PSA获得氢气。
1.2.2 天然气制氢
通过天然气生产氢气的步骤主要是在高温状态下天然气与水蒸气发生反应，或者是通过氧化方法获得水煤气，然后经过变换，最后利用PSA获得氢气。
天然气的蒸汽转化通过通过氧化剂也就是水蒸汽，使用镍作为反应的催化剂催化天然气生成一氧化碳，二氧化碳以及氢气。这个化学反应的过程需要吸收热量，因此需要外界提供热量，所提供的热量通过转化炉将燃料气获得。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 氢能源的研究及发展 2
1.2.1 煤制氢 2
1.2.2 天然气制氢 2
1.2.3 焦炉煤气制氢 3
1.3 储氢合金的发展 3
1.3.1 AB5型储氢合金 4
1.3.2 AB3型储氢合金 5
1.3.3 AB2型储氢合金 5
1.3.4 AB型储氢合金 6
1.3.5 A2B型储氢合金 6
1.4 MH/Ni电池的工作原理及研究发展 7
1.4.1 MH/Ni电池的工作原理 7
1.5 课题研究意义 8
1.6 课题研究内容 8
第二章 试验材料和方法 9
2.1 合金的成分设计及样品制备 9
2.1.1 合金的成分设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
9
2.1.2合金样品的熔炼制备 9
2.2合金电化学性能测试 10
2.2.1合金电极的制备过程 10
2.2.2开口三电极系统 11
2.2.3合金电极活化性能和最大放电容量 12
2.2.4合金电极的电化学循环稳定性 12
2.2.5高倍率放电性能测试 12
2.2.6线性极化以及交换电流密度 13
2.2.7 交流阻抗 13
2.2.8 恒电位阶跃 13
2.2.9 阳极极化 13
第三章 实验结果及分析 15
3.1相结构与组织分析 15
3.2 合金元素的烧损和挥发 15
3.3 合金的晶体结构 16
3.4 合金电极的电化学性能 17
3.4.1活化性能和最大放电容量 17
3.4.2 合金电极的循环稳定性 19
3.5合金电极的动力学性能 20
3.5.1高倍率放电性能 20
3.5.2 电化学反应阻抗与交换电流密度 22
3.5.3 极限电流密度与氢的扩散系数 24
第四章 实验结果及讨论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪 论
1.1 引言
随着人类技术的不断进步，对各个方向的不断开发和探索，人类对于资源的需求量也在不断扩大。工业革命使人们向着现代化迈进，能源作为进步的动力迅速推动着人类社会的发展。一个多世纪以来，化石燃料一直是人类依靠的主要能源，但是化石燃料的形成需要很长的周期，像煤、石油、天然气等都需要数万年乃至数百万年才能形成。然而，对于不可再生资源，过度的开发和利用只能使资源愈发枯竭并且伴随着环境污染等一系列问题的出现。雾霾、酸雨、温室效应等问题的产生都是因为化石燃料的燃烧。因此，为了能够使人类社会持续健康的发展，寻找绿色、清洁、无污染的可再生新能源成为人类共同追求的目标。
于是，可再生资源成为世界上各个国家重点研究和发展的领域。人们已经认识到氢是二十一世纪最重要的新能源之一，氢能源作为一种可再生资源并且是高能量密度清洁无污染的绿色新能源，成为国内外研究的重要课题。对汽车来讲，氢气的存储应当密度高、轻便、安全而且经济。1970年，美国通用汽车公司提出了"氢经济"的理念[1]，这种理念大大提升了储氢材料的研究水平，因此，储氢材料在H2的提取、材料回收和清洁以及供暖设备等都有广泛的使用。现今世界上很多大型的车企，例如：本田，福特和丰田等都已经对氢能源汽车展开了大量的研究，目前正积极的在市场推广其生产的MHNi电池驱动或者混合驱动的新能源汽车。众所周知，稀土是储氢合金的主要原料，而我国拥有极其丰富的的稀土资源，地球大约百分之七十的稀土资源分布在我国境内，丰富的稀土资源更加有助于我国MHNi电池的发展。
但是，氢气密度较小且活泼性强，氢气存储存在一定的技术难度。氢在正常情况下都是气体形式，同时还存在容易燃烧和爆炸以及容易扩散的问题，在实际应用中需要考虑氢气的储存和运输问题，以防止氢气泄漏而引发的安全事故。
因此，对于氢气的储存问题以及储氢材料的研究有非常重要的意义和良好的发展前景。
1.2 氢能源的研究及发展
进入二十一世纪以来，人们愈加发现现有的传统能源已经不能满足未来人类社会扩张式的发展。同时，现有的传统能源也在人类的不断开发下日趋枯竭。寻找并发现新能源成为新世纪人们需要做的头等大事。随着科技的发展，氢被人们认为是能够很好的一种新能源能够取代现有的传统能源。随着我国经济的不断发展，氢气设备不断转型升级，由原来的百吨级别已经提高到十万吨级别，尤其是最近一段时间的快速发展，现今我国的氢气产量年均能够超过一千万吨。
1.2.1 煤制氢
在我国，由于气候条件和地理条件的影响，能源总体状况为煤炭多氢气少，煤炭资源相对于能源总量高达百分之七十，年均产煤超过三十亿吨。利用煤炭制造氢气首先要使用煤气发生炉生产水煤气，其次还要脱硫除尘，然后经过变换获得变脱气，最后一步是利用PSA获得氢气。
1.2.2 天然气制氢
通过天然气生产氢气的步骤主要是在高温状态下天然气与水蒸气发生反应，或者是通过氧化方法获得水煤气，然后经过变换，最后利用PSA获得氢气。
天然气的蒸汽转化通过通过氧化剂也就是水蒸汽，使用镍作为反应的催化剂催化天然气生成一氧化碳，二氧化碳以及氢气。这个化学反应的过程需要吸收热量，因此需要外界提供热量，所提供的热量通过转化炉将燃料气获得。
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