鎳氫電池與鋰離子電池相比,具有高安全性、高性價(jià)比、大倍率放電等特點(diǎn),是混合動(dòng)力汽車首選電池。二次鎳氫電池的發(fā)展在很大程度上依賴于其負(fù)極材料貯氫合金的發(fā)展。稀土鎂基La-Mg-Ni系合金因具有高容量和良好活化性能,成為鎳氫電池負(fù)極材料的研究熱點(diǎn)之一。隨著節(jié)能環(huán)保的要求越來越高,高性能稀土鎂基La-Mg-Ni系合金儲(chǔ)氫材料的研發(fā)日益受到重視。
雖然La-Mg-Ni合金在室溫下具有良好的吸氫性能,但由于其氫化物穩(wěn)定性強(qiáng)而放氫性能較差,經(jīng)過改進(jìn)后,該系列合金的循環(huán)壽命仍不能令人滿意。為了提高La-Mg-Ni系合金性能,尤其是其循序穩(wěn)定性,研發(fā)工作在成分調(diào)整與制備工藝方面采取了以下一些優(yōu)化措施。
一、合金成分調(diào)整。
元素替代是提高La-Mg-Ni系合金性能非常有效的方法,用Ce、Pr或Nd等原子半徑較小的稀土元素部分取代La,合金晶胞體積減小,吸氫時(shí)造成的體積變化變小,可以減輕合金充放電循環(huán)過程中的粉化。實(shí)驗(yàn)表明,用Ce,Pr和Nd分別替代La,其循環(huán)穩(wěn)定性均有所增加,Ce和Pr的取代同時(shí)提高了其高倍率放電性和低溫放電性。許多研究結(jié)果還表明,采用合適的元素對(duì)材料進(jìn)行多元替代,是改善合金綜合性能非常有效的途徑之一。另外,研究還表明,通過調(diào)節(jié)化學(xué)計(jì)量比,使合金出現(xiàn)恰當(dāng)比例的多相組分,也可以改變合金的吸氫性能。另據(jù)報(bào)道,將兩個(gè)或多個(gè)貯氫合金,或一個(gè)貯氫合金和一個(gè)金屬間化合物,通過一定的制備工藝,形成復(fù)合材料,有利于性能提高,其中主要合金組分提供良好的貯氫性能,而少量組分則主要為提高其活性和動(dòng)力學(xué)性能提供催化作用。例如,將La0.7Mg0.3Ni3.5和Ti0.17Zr0.8V0.35Cr0.1Ni0.3經(jīng)球磨形成一種新型復(fù)合合金,可以提高合金在堿液中的抗腐蝕氧化能力,從而使合金的循環(huán)穩(wěn)定性提高。
二、制備工藝優(yōu)化。
試驗(yàn)證明,采取合適的退火處理可以減少由鑄態(tài)凝固時(shí)引入的晶格應(yīng)變和缺陷,減少偏析相,使組織變得均勻,并使內(nèi)應(yīng)力減小,從而使得合金放電容量有較大幅度的增加,并可減少合金吸放氫過程中由于晶格體積膨脹收縮引起的粉化,增強(qiáng)了合金在堿液中的抗氧化腐蝕能力,從而改善合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性。另外,采取快淬處理能細(xì)化晶粒,合金中大量的晶界可作為充放電時(shí)氫的擴(kuò)散通道,同時(shí)緩解了合金吸氫過程膨脹所產(chǎn)生的壓力,因此,快淬態(tài)合金的循環(huán)穩(wěn)定性得以提高。同時(shí),快淬能促進(jìn)形成一定的非晶相,使其抗粉化及抗腐蝕氧化能力均增加,從而可以提高貯氫合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性。由于合金表面化學(xué)狀態(tài)影響氫原子的吸附、氫在晶體間隙中的擴(kuò)散及氫化物的形成,所以恰當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砟苡行У奶岣哔A氫性能。