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RE-Mg-Ni基A6B24型超晶格负极材料结构及贮氢性能:多元合金优化调控微观组织

批准号:
52061036
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
34.0 万元
负责人:
许剑轶
依托单位:
学科分类:
金属能源与环境材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
许剑轶

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
A6B24结构是新近发现一种RE-Mg-Ni基超晶格物相,由A6B24相组成的RE-Mg-Ni基A6B24型负极材料具有较高的循环寿命和优良的吸放氢动力学特征,是极具希望的新一代高容量贮氢合金电极材料,然而目前该类材料微观结构特性、贮氢性能等尚不清楚,丞待解决。. 本项目拟从A6B24相微观结构特征研究入手,通过元素优化对RE-Mg-Ni基A6B24型超晶格材料的微观组织结构进行调控,研究合金化对RE-Mg-Ni基A6B24型材料组织结构、贮氢性能的影响以及合金中的多相复合效应,构建A6B24型合金热力学性能预测模型,阐明元素替代对合金吸放氢膨胀行为影响以及对微观组织结构和贮氢性能的作用机制。在此基础上提出合金优化途径,为高容量MH/Ni电池负极材料开发与应用提供理论依据。
英文摘要
The superlattice rare earth–Mg–Ni-based A6B24-type phase described as a 4:1 stacking of the same units has been newly reported. These alloy materials with A6B24 structure have received attention as negative a promising generation electrode materials for advanced nickel-metal hydride because of good cycle life, excellent absorption/desorpotion kinetics character. however, Some problems such as microstructure character hydrogen storage performance of the A6B24-type intermetallics are still unknown and need to be solved.. The project commences from the research of A6B24 phase microstructure characteristics, then the effects of hydrogen storage performance and structure together with multi-phase compounding which are controlled through the element optimization have been investigated, aiming to build A6B24 type alloy thermodynamic performance prediction model, how substitution of element affect microstructure, hydrogen storage properties and hydrogen absorption/desorption expansion behaviour, base on which we may come up with a method to optimize the alloy. the research can provide practic theory support for newly developed high-performance RE-based hydrogen storage electrode alloy material.
RE-Mg-Ni基A6B24型超晶格材料在储氢电池领域具有潜在价值。然而,有关A6B24型物相的晶体结构和电化学性质关系、容量衰减问题尚不明确,影响该类材料的制备合成。此外,合金化设计是调控微观组织结构,提高RE-Mg-Ni基A6B24型合金电极综合电化学性能极其有效的手段,但是其合金元素影响机理尚待进一步研究。本项目采用粉末烧结法制备了A6B24型单相合金,相比其它超晶格结构,其一层[AB2]和三层[AB5]沿c轴堆垛的构型,增强合金结构稳定性,抑制合金非晶化。由于合金结构稳定,合金在100个循环后,仍能释放出353.48 mAh/g电量,容量保持率为89.73%,表现出了优良的循环稳定性。.通过真空感应熔炼制备了添加不同元素的RE-Mg-Ni基A6B24型合金,研究了不同替代元素对合金微观组织及其贮氢性能影响机制。研究发现,适量元素添加对A6B24相形成有利,但继续增加更倾向于形成结构更稳定的A5B19相。除Sm、Y外,适量元素添加显著提升电化学放电容量Cmax,特别是Co在x=0.1时提升幅度最大401.22mAh/g。除Al,Co外,元素添加降低了合金倍率放电性能。除Co外,适量的元素添加明显改善合金循环寿命,其中Al更为显著,达到87.42.%。A侧元素主要归因于通过降低[AB2]亚基体积来增强亚基体积匹配,进而改变超晶格结构稳定性,并减轻粉化倾向。B侧通过增加[AB5]亚基体积,从而调节亚基之间晶格失配,进而减轻合金粉化。.通过对本项目研究,掌握了RE-Mg-Ni基A6B24型物相形成条件、相变过程、晶体结构特征、单相合金材料制备合成方条件以及电化学容量衰减机理。探索了合金优化对其贮氢性能的影响规律,并成功构建了La-Mg-Ni-M系四元A6B24型合金的热力学性能模型,提出了合金元素影响合金贮氢性能作用机理。为镍氢电池负极材料的发展及应用提供了坚实的理论基础。
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