mg部分替代la对lanico系储氢合金性能的影响(附件)【字数：11621】
储氢材料作为镍氢电池的负极材料，已被广泛的应用。所以在阅读大量文献后，所以确定研究对象为La-Ni-Co系中A5B19型储氢合金。通过 Mg部分替代 La，分析Mg含量对合金微观结构及电化学性能的影响。试验中，采用高频感应熔炼制备La1-xMgxNi2.75Co1.05 (x=0.05，0.07，0.10，0.13，0.15）合金，通过x射线衍射(XRD)对其结构进行表征和物相分析。 相结构分析表明，铸态La1-xMgxNi2.75Co1.05 合金具有多相结构，主要由LaNi5相、Pr5Co19相和Ce5Co19相组成，随着Mg含量x的变化，各相的相丰度发生了变化，而相丰度的变化影响合金的滞后和吸放氢平台压力。 储氢合金研究者常采用元素替代法来提高贮氢合金电化学综合性能。实验结果表明，Mg的添加，使最大放电容量、高倍率放电性能 HRD都有提高，当x值取0.05、0.07、0.1、0.13、0.15五个值时最大放电容量从254.00mAh/g增加到351.51mAh/g。HRD300由87.79%升高到99.08%，HRD600，HRD900都提高，合金电极的高倍率放电性能主要由合金电极表面的电催化活性所控制。而极限电流密度IL随着Mg的含量增加先增加后减小。关键词 铸态储氢合金La1-xMgxNi2.75Co1.05 相结构 电化学性能
目录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 储氢合金的研究现状及发展趋势 2
1.2.1 储氢方式 2
1.2.2 储氢合金的发展及研究 2
1.2.3 储氢合金的基本类型 3
1.2.4 元素替代对储氢合金性能的影响 6
1.3 LaNiCo系储氢合金 6
1.4 MH/Ni电池 7
1.4.1 MH/Ni电池的发展及应用 7
1.4.2 MH/Ni电池的结构和原理 7
1.5本课题研究的内容及意义 10
第二章 实验方法 11
2.1 实验器材的准备 11
2.2 合金的成分设计及样品制备 11
2.2.1 合金成分设计 11
2.2.2 电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
极合金样品的制备 11
2.3 合金相结构分析 12
2.4 合金的性能测试 12
2.4.1 电化学测试装置 12
2.4.2 电极合金的性能测试 13
第三章 实验结果及讨论 16
3.1晶体结构和相丰度 16
3.2 合金的电化学性能 17
3.2.1合金电极的活化性能和最大放电容量 17
3.2.2 合金电极的循环稳定性 19
3.3 合金的动力学性能 19
3.3.1合金电极的线性极化和高倍率放电性能 20
3.3.2 合金的极限电流密度与氢的扩散系数 21
3.3.3 电化学反应阻抗与交换电流密度 23
第四章 结论 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪 论
1.1 引言
在地球上，维系人类生存所使用的能源，如石油、天然气、煤等均属于不可再生能源，且它们的存量是有限的，而人类生存又时刻离不开这些能源[1]。一方面，随着工业的发展，化石燃料耗量日益增加，其储量也日益减少，终有一天这些资源将要枯竭。另一方面，这些化石燃料的大量使用，会严重的破坏地球环境，增加人类的生存负担，所以人类从21世纪开始，特别注重节能环保[2]。在能源紧张与环境污染的问题日益严峻的局势下，清洁能源的开发和利用受到越来越多研究者的关注[3]。
在21世纪，把氢能源视为最具发展潜力的清洁能源，它是一种二次能源。它不像煤、石油和天然气等直接从地下开采，而是通过一定的方法，利用其它能源制取。所以氢正是人们期待的新的二次能源[4]。氢处于元素周期表首列，原子序数为1，常温常压下为气态，在超低温高压下才会变成液态。它具有很多优良的特点，如重量很轻、导热性又好、还可以可进行第二次的应用、而且有理想的发热值，即除核燃料外，氢的发热值是所有化工燃料、生物燃料和化石燃料中最高的，约为1.2×105kJ/kg，是汽油发热值的3倍。并且无毒，利用形式也多样。世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。如今世界上有50多个实验室在进行研究。
1965年，美国开始研制液氢发动机，不久之后相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。此外，美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料，这在航天领域又一重要的里程碑。随着航天事业的发展，我国长征2号、3号也使用液氢做燃料[5]。
氢燃料电池是在氢能开发领域一项重要的研究成果，相对传统的电池，它在寿命，耗损以及环保方面有很大的改进。人们看重它的这些性能优势，开始制定一系列的氢燃料电池发展的规划。我国也在研究氢能方面有很大的突破，正在向氢能汽车产业化的国家发展。
氢气可以被储存，但是很难被高密度地储存，这使氢能的开发利用受到严重的影响。在不久的将来，氢能的发展将离不开储氢技术的提高，也离不开储氢材料的广泛应用。 当今社会，信息、材料、能源已成为三大支柱。我们有理由相信，氢能作为一种不可多得的清洁能源，必将在未来社会扮演越来越重要的角色。
人们对储氢合金分类的标准是不一样的，按合金材料元素区分，分为镁系、稀土系、钛系、锆系、V基固溶体储氢合金[6]；按组成合金成分的数目，可分为二元系合金、三元系合金和多元系合金。这些合金之间彼此都有优缺点，按照用途选择合适的合金。
MHNi电池由于其良好的性能和清洁无污染的特性，并能更好地满足其经济、实用、无污染的要求，所以非常适合将其作为未来电动车辆的电池投入生产。然而它依然有很多的不足，例如，循环寿命短，稳定性差，充放电容量低等，为了满足大量的市场需求，研究一些能够兼顾这些性能的储氢合金，是件非常重要的任务。
1.2 储氢合金的研究现状及发展趋势
1.2.1 储氢方式
氢的气态储存和液态储存是较为传统的储氢方法，气态储氢方式简单方便，也是目前储存压力低于17 MPa的常用方法。气态储氢的缺点是体积密度较小，且运输和使用过程中存在易燃易爆的安全隐患，并且不容易控制[7]。液态储氢则体积密度较高，但氢气的液化需要冷却到20 K的超低温下才能实现，此过程消耗的能量约占所储存氢能的25％~45％，经济性差。而且液态氢使用条件苛刻，对储罐绝热性能要求高，目前只限于航天领域使用[8]。对此，科学家提出了利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和氢化物的同体储氢方式，能有效的减少气、液两种储存方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、运输便利。根据技术发展趋势，今后储氢合金将成为重点研究对象。
目录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 储氢合金的研究现状及发展趋势 2
1.2.1 储氢方式 2
1.2.2 储氢合金的发展及研究 2
1.2.3 储氢合金的基本类型 3
1.2.4 元素替代对储氢合金性能的影响 6
1.3 LaNiCo系储氢合金 6
1.4 MH/Ni电池 7
1.4.1 MH/Ni电池的发展及应用 7
1.4.2 MH/Ni电池的结构和原理 7
1.5本课题研究的内容及意义 10
第二章 实验方法 11
2.1 实验器材的准备 11
2.2 合金的成分设计及样品制备 11
2.2.1 合金成分设计 11
2.2.2 电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
极合金样品的制备 11
2.3 合金相结构分析 12
2.4 合金的性能测试 12
2.4.1 电化学测试装置 12
2.4.2 电极合金的性能测试 13
第三章 实验结果及讨论 16
3.1晶体结构和相丰度 16
3.2 合金的电化学性能 17
3.2.1合金电极的活化性能和最大放电容量 17
3.2.2 合金电极的循环稳定性 19
3.3 合金的动力学性能 19
3.3.1合金电极的线性极化和高倍率放电性能 20
3.3.2 合金的极限电流密度与氢的扩散系数 21
3.3.3 电化学反应阻抗与交换电流密度 23
第四章 结论 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪 论
1.1 引言
在地球上，维系人类生存所使用的能源，如石油、天然气、煤等均属于不可再生能源，且它们的存量是有限的，而人类生存又时刻离不开这些能源[1]。一方面，随着工业的发展，化石燃料耗量日益增加，其储量也日益减少，终有一天这些资源将要枯竭。另一方面，这些化石燃料的大量使用，会严重的破坏地球环境，增加人类的生存负担，所以人类从21世纪开始，特别注重节能环保[2]。在能源紧张与环境污染的问题日益严峻的局势下，清洁能源的开发和利用受到越来越多研究者的关注[3]。
在21世纪，把氢能源视为最具发展潜力的清洁能源，它是一种二次能源。它不像煤、石油和天然气等直接从地下开采，而是通过一定的方法，利用其它能源制取。所以氢正是人们期待的新的二次能源[4]。氢处于元素周期表首列，原子序数为1，常温常压下为气态，在超低温高压下才会变成液态。它具有很多优良的特点，如重量很轻、导热性又好、还可以可进行第二次的应用、而且有理想的发热值，即除核燃料外，氢的发热值是所有化工燃料、生物燃料和化石燃料中最高的，约为1.2×105kJ/kg，是汽油发热值的3倍。并且无毒，利用形式也多样。世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。如今世界上有50多个实验室在进行研究。
1965年，美国开始研制液氢发动机，不久之后相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。此外，美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料，这在航天领域又一重要的里程碑。随着航天事业的发展，我国长征2号、3号也使用液氢做燃料[5]。
氢燃料电池是在氢能开发领域一项重要的研究成果，相对传统的电池，它在寿命，耗损以及环保方面有很大的改进。人们看重它的这些性能优势，开始制定一系列的氢燃料电池发展的规划。我国也在研究氢能方面有很大的突破，正在向氢能汽车产业化的国家发展。
氢气可以被储存，但是很难被高密度地储存，这使氢能的开发利用受到严重的影响。在不久的将来，氢能的发展将离不开储氢技术的提高，也离不开储氢材料的广泛应用。 当今社会，信息、材料、能源已成为三大支柱。我们有理由相信，氢能作为一种不可多得的清洁能源，必将在未来社会扮演越来越重要的角色。
人们对储氢合金分类的标准是不一样的，按合金材料元素区分，分为镁系、稀土系、钛系、锆系、V基固溶体储氢合金[6]；按组成合金成分的数目，可分为二元系合金、三元系合金和多元系合金。这些合金之间彼此都有优缺点，按照用途选择合适的合金。
MHNi电池由于其良好的性能和清洁无污染的特性，并能更好地满足其经济、实用、无污染的要求，所以非常适合将其作为未来电动车辆的电池投入生产。然而它依然有很多的不足，例如，循环寿命短，稳定性差，充放电容量低等，为了满足大量的市场需求，研究一些能够兼顾这些性能的储氢合金，是件非常重要的任务。
1.2 储氢合金的研究现状及发展趋势
1.2.1 储氢方式
氢的气态储存和液态储存是较为传统的储氢方法，气态储氢方式简单方便，也是目前储存压力低于17 MPa的常用方法。气态储氢的缺点是体积密度较小，且运输和使用过程中存在易燃易爆的安全隐患，并且不容易控制[7]。液态储氢则体积密度较高，但氢气的液化需要冷却到20 K的超低温下才能实现，此过程消耗的能量约占所储存氢能的25％~45％，经济性差。而且液态氢使用条件苛刻，对储罐绝热性能要求高，目前只限于航天领域使用[8]。对此，科学家提出了利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和氢化物的同体储氢方式，能有效的减少气、液两种储存方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、运输便利。根据技术发展趋势，今后储氢合金将成为重点研究对象。
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