Nd替代Y对汽车电池负极用储氢合金电化学性能的影响

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0251

摘要/Abstract

摘要：

通过A端Nd替代Y元素的方法制备了汽车电池负极用La_0.15Y_0.85-_x Nd _x Ni_3.2Mn_0.15Al_0.15（x=0~0.6）储氢合金，考察了不同Nd含量替代Y的储氢合金的相结构、微观形貌和电化学性能。结果表明：x=0~0.3时储氢合金主要由Ce₂Ni₇型和LaNi₅型相组成，x≥0.4时，储氢合金主要由Ce₂Ni₇型和PuNi₃型相组成；随着x从0增加至0.6，储氢合金的晶胞参数a和晶胞参数c逐渐增大、c/a逐渐减小。不同含量Nd替代Y后储氢合金电极都可以在2~3次活化后取得最大放电容量（C_max），C_max与储氢合金中Ce₂Ni₇型相丰度具有线性相关性，Ce₂Ni₇型相丰度越大则储氢合金的C_max越大；随着x由0.2增加至0.6，储氢合金的S₁₀₀先增大后减小，添加Nd元素的储氢合金的S₁₀₀都高于未添加Nd元素的储氢合金，且x=0.4时储氢合金具有高S₁₀₀的同时还具有较大放电容量，储氢合金电极的循环稳定性主要由其在碱液中的耐腐蚀性决定。相同放电电流密度下，x=0.4时储氢合金的高倍率放电性能最大；x=0和0.1时储氢合金电极的高倍率放电性能主要由氢扩散系数D₀决定，x=0.2~0.6时储氢合金电极的高倍率放电性能主要由交换电流密度I₀和氢扩散系数D₀决定。

关键词: 元素替代, Nd, 储氢合金, 相组成, 显微形貌, 电化学性能

Abstract:

La_0.15Y_0.85-_x Nd _x Ni_3.2Mn_0.15Al_0.15（x=0~0.6） hydrogen storage alloy for automotive battery anode was prepared by replacing Y with A-end Nd element.The phase structure，microstructure，and electrochemical performance of hydrogen storage alloys with different Nd contents replacing Y were investigated.The results showed that when x=0~0.3，the hydrogen storage alloy was mainly composed of Ce₂Ni₇ and LaNi₅ phases，when x≥0.4，the hydrogen storage alloy was mainly composed of Ce₂Ni₇ and PuNi₃ phases.As the x value increased from 0 to 0.6，the cell parameters a and c of the hydrogen storage alloy gradually was increased，while c/a was gradually decreased.After replacing Y with different contents of Nd，hydrogen storage alloy electrodes could achieve maximum discharge capacity（C_max） after 2~3 activations.C_max had a linear correlation with the abundance of Ce₂Ni₇ type phases in the hydrogen storage alloy.The higher the abundance of Ce₂Ni₇ type phases，the greater the C_max of the hydrogen storage alloy.As the x value increased from 0.2 to 0.6，the S₁₀₀ of the hydrogen storage alloy was firstly increased and then decreased.The S₁₀₀ of the hydrogen storage alloy with added Nd element was higher than that of the hydrogen storage alloy without Nd addition.Moreover，the x=0.4 hydrogen storage alloy had a high S₁₀₀ and a large discharge capacity.The cycling stability of the hydrogen storage alloy electrode was mainly determined by its corrosion resistance in alkaline solution.At the same discharge current density，the high rate discharge performance of hydrogen storage alloys was highest at x=0.4.The high rate discharge performance of hydrogen storage alloy electrodes was mainly determined by the hydrogen diffusion coefficient D₀ when x=0 and 0.1，and determined by the exchange current density I₀ and hydrogen diffusion coefficient D₀ when x=0.2~0.6.

Key words: element substitution, Nd, hydrogen storage alloys, phase composition, microscopic morphology, electrochemical performance

中图分类号:

TQ133.3

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x	最大放电容量 C_max/（mA∙h∙g^-1）	容量保持率S₁₀₀/%	高倍率放电性能HRD₉₀₀/%	腐蚀电位/ V	腐蚀电流密度/ （mA·cm^-2）	交换电流密度/ （mA·g^-1）	氢扩散系数/ （10^-10cm²·s^-1）
0	377.8	20.33	79.23	-0.945	6.330	22.82	1.70
0.1	359.5	81.50	14.75	-0.912	5.253	54.54	1.54
0.2	349.8	80.75	70.82	-0.925	6.054	96.36	1.59
0.3	344.9	81.32	76.09	-0.920	5.745	214.72	1.65
0.4	378.8	84.27	82.99	-0.911	5.067	310.07	1.86
0.5	358.7	88.28	69.64	-0.906	4.698	201.42	1.14
0.6	355.7	81.33	74.66	-0.919	5.321	305.91	1.29

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