Co替代Ni对汽车电池用La0.8Mg0.2Ni3.8-x Co x 储氢合金电化学性能的影响

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0625

摘要/Abstract

摘要：

采用磁悬浮熔炼炉制备了铸态La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _x 储氢合金，研究了Co含量对La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _x 储氢合金相结构和电化学性能的影响。结果表明，不同Co含量的La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _x 储氢合金主要由LaNi₅相、Ce₅Co₁₉相、Pr₅Co₁₉相和CeNi₂相组成，La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _x 储氢合金中x值增大（Co含量增加）会促使Ce₅Co₁₉相向Pr₅Co₁₉相转变，且当x=1.05时储氢合金中LaNi₅相含量最小。随着x值增大，储氢合金的放氢平台先减小后增大、最大储氢量先增大后减小、第100次充放电后的容量保持率（S₁₀₀）先增大后减小，当x=0.15时储氢合金的最大放电容量和S₁₀₀取得最大值，分别为352.39 mA·h/g和81.29%。随着La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _x 储氢合金中x值从0.65增加至2.25，储氢合金电极的交流阻抗逐渐增大，交换电流密度逐渐减小，氢扩散系数先增大后减小并在x=1.05时取得最大值，电流密度为300、600、900 mA/g时的高倍率放电性能均逐渐减小。结果表明，交换电流密度是决定La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _x 储氢合金电极高倍率放电性能的关键因素。

关键词: Co含量, La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _x 储氢合金, 相结构, 微观形貌, 电化学性能

Abstract:

As-cast La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _xhydrogen storage alloy was prepared by magnetic levitation melting furnace，the effect of Co content（x=0.65~2.25） on the phase structure and electrochemical performance of hydrogen storage alloy were studied.The results showed that the phases of hydrogen storage alloys with different Co contents were mainly LaNi₅，Ce₅Co₁₉，Pr₅Co₁₉ and CeNi₂ phase.The increase of x value（Co content） in La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _x hydrogen storage alloy promoted the transformation of Ce₅Co₁₉ phase to Pr₅Co₁₉ phase，and the LaNi₅ phase content in the hydrogen storage alloy was the smallest when x=1.05.As the value of x increased，the hydrogen release platform of the hydrogen storage alloy was firstly decreased and then increased，and the maximum hydrogen storage capacity was firstly increased and then decreased.The capacity retention rate （S₁₀₀） after the 100th charge and discharge was firstly increased and then decreased.When x=0.15，the hydrogen storage alloy obtained the maximum values of C_max and S₁₀₀，which were 352.39 mA·h/g and 81.29% respectively.With the increase of x value from 0.65 to 2.25，the AC impedance of hydrogen storage alloy electrodes was gradually increased，and the exchange current density was gradually decreased.The hydrogen diffusion coefficient was firstly increased and then decreased，and reached its maximum value at x=1.05.The high rate discharge performance was gradually decreased at current densities of 300，600，and 900 mA/g.The results indicated that the exchange current density was the key factor determining the high rate discharge performance of La_0.8Mg_0.2Ni_3.8-_x Co _x hydrogen storage alloy electrodes.

Key words: Co content, hydrogen storage alloy, phase structure, micro morphology, electrochemical performance

中图分类号:

TM912

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图/表 14

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参考文献 25

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试样	物相（质量分数）	晶格常数/nm		晶胞体积/nm³
试样	物相（质量分数）	a	c	晶胞体积/nm³
x=0.65	LaNi₅（57.52%）	5.030 2	3.976 4	0.087
	Ce₅Co₁₉（35.50%）	5.068 4	48.817 1	1.085
	Pr₅Co₁₉（6.14%）	5.013 4	32.608 5	0.710
	CeNi₂（0.84%）	7.157 7	7.157 7	0.366
x=1.05	LaNi₅（50.71%）	5.053 0	4.000 0	0.088
	Ce₅Co₁₉（32.60%）	5.108 0	48.688 0	1.094
	Pr₅Co₁₉（14.22%）	5.054 0	32.639 0	0.719
	CeNi₂（2.47%）	7.192 4	7.192 4	0.372
x=1.45	LaNi₅（53.51%）	5.042 7	3.992 3	0.088
	Ce₅Co₁₉（25.89%）	5.064 0	48.622 3	1.079
	Pr₅Co₁₉（15.16%）	5.041 8	32.614 9	0.718
	CeNi₂（5.43%）	7.191 0	7.191 0	0.372
x=1.85	LaNi₅（57.11%）	5.053 2	3.988 2	0.088
	Ce₅Co₁₉（24.30%）	5.084 7	48.276 3	1.079
	Pr₅Co₁₉（18.06%）	5.044 3	32.354 8	0.713
	CeNi₂（0.53%）	7.111 9	7.111 9	0.360
x=2.25	LaNi₅（60.04%）	5.064 8	3.995 8	0.089
	Ce₅Co₁₉（15.87%）	5.087 8	48.409 0	1.085
	Pr₅Co₁₉（22.11%）	5.065 0	32.605 5	0.724
	CeNi₂（1.98%）	7.004 2	7.004 2	0.343

试样	区域	w（La）/%	w（Mg）/%	w（Ni）/%	w（Co）/%	相
x=0.65	位置①	32.83	—	54.82	12.35	AB₅
	位置②	38.40	0.86	51.27	9.48	A₅B₁₉
	位置③	41.41	1.18	48.53	8.87	AB₂
x=1.05	位置①	31.20	—	48.13	20.67	AB₅
	位置②	34.52	2.71	47.17	15.59	A₅B₁₉
	位置③	42.08	3.26	47.53	7.13	AB₂
x=1.45	位置①	31.21	—	40.70	28.09	AB₅
	位置②	32.28	1.15	41.44	25.14	A₅B₁₉
	位置③	37.57	3.75	39.93	18.75	AB₂
x=2.25	位置①	31.12	—	32.65	26.23	AB₅
	位置②	31.31	2.05	31.80	34.48	A₅B₁₉
	位置③	38.57	3.55	39.43	18.45	AB₂

试样	活化次数/次	最大放电容量/（mA·h·g^-1）	容量保持率/%	腐蚀电位/V	腐蚀电流密度/（mA·g^-1）
x=0.65	2	299.16	68.90	-0.953	3 365.42
x=1.05	2	352.39	81.29	-0.921	5 083.27
x=1.45	2	347.50	80.06	-0.931	3 984.47
x=1.85	3	326.13	79.79	-0.934	3 892.39
x=2.25	3	325.31	71.98	-0.940	3 814.85

试样	HRD₃₀₀/ %	HRD₆₀₀/ %	HRD₉₀₀/ %	交流阻抗R_ct/Ω	交换电流密度I₀/（mA·g^-1）	氢扩散系数D₀/ （×10^-10 cm²·s^-1）
x=0.65	98.70	95.09	90.11	0.292	267.37	0.83
x=1.05	98.54	93.02	85.45	0.378	239.42	1.18
x=1.45	97.87	93.10	84.22	0.432	230.68	1.16
x=1.85	97.26	91.21	84.00	0.469	216.01	1.10
x=2.25	90.83	58.03	32.64	0.575	212.89	0.49

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