贮氢合金La-Mg-Ni系的贮氢性能

吴静然

(承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德 067000)

贮氢合金La-Mg-Ni系的贮氢性能

吴静然

(承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德 067000)

借助X-ray及吸氢性能测试装置研究了AB3型La-Mg-Ni系贮氢合金的结构和贮氢性能，测试了不同温度下合金的PCT曲线。结果表明，La-Mg-Ni系贮氢合金可获得(La，Mg)Ni3相组织;加Co，改善了合金的特性，并使平台压力降低。

La-Mg-Ni系贮氢合金;贮氢性能;PCT曲线

最近几年来，用于大功率放电Ni/MH电池的负极材料主要是基于稀土元素的AB5型合金和基于Ti、Zr元素的 AB2型合金［1，2］。但是，由于 AB5型合金容量有限(≤320 mAh/g)［3］，而 AB2型合金则活化困难、放电能力较低［4］，严重限制了这两种合金的近一步发展和应用。为此，开发具有贮氢能力高、放电动力学性能优良、循环寿命长、活化性能好的AB3型贮氢材料成为新的研究目标。本文将主要研究AB3型La-Mg-Ni系贮氢合金的贮氢性能。

1 实验方法

按化学式配比PuNi3型合金，在高纯Ar保护下用感应熔炼炉熔炼而成，所用原材料纯度为:La 99.5%，Ni 99.9%，Co 99.9%，Mg≥99.5%。为使合金成分均匀，每个合金样经翻转重熔三次。

合金相结构用Philips MPD型X射线衍射仪进行测试。PCT测定是将上述合金机械粉碎并过100目筛，取10 g合金粉装入反应器中用Sievert型测试仪测试合金的吸氢性能。

2 实验结果及分析

2.1 合金的相结构分析

图1为La-Mg-Ni系合金的XRD谱。由图可见，三种合金均为多相结构。表1为La-Mg-Ni系合金主相的晶胞常数。从每种合金的XRD谱中衍射峰的强度来判断，La0.67Mg0.33Ni3合金的主相为(La，Mg)Ni3相，并含有(La，Mg)Ni2相。La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5合金的主相为(La，Mg)Ni3相，并含有(La，Mg)2Ni7相。La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金的主相为(La，Mg)Ni3相和(La，Mg)2Ni7相。对于LaNi3型过化学计量 La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金，将直接导致出现La2Ni7相。Mg在(La，Mg)Ni3相只占据6c位置，在(La，Mg)2Ni7相中占据 AB2单元中的4f位置。

表1 La-Mg-Ni系合金主相的晶胞常数

2.2 合金的吸氢性能

图 2 为 La-Mg-Ni系合金的 PCT 曲线。从图 2 中可以看出，La0.67Mg0.33Ni3、La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5、La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金的平台压力(Peq)分别为 0.171MPa、0.035 MPa、0.026 MPa，在2MPa下最大吸氢量的原子比(H/M)分别为 0.93、0.95、0.97。系列合金的主相为(La、 Mg)Ni3相， Oesterricher［5］和Takeshita［6］等人报道了具有 PuNi3结构的LaNi3型合金的气态吸氢量高于具有CaCu5结构的LaNi5型合金，因此合金中(La，Mg)Ni3相的增加使气态吸氢量也增加。Mg的加入抑制了吸氢的反应速度，减少了合金非晶相的产生，而且Mg的正电性强，稳定晶体结构，降低平衡氢压。比较可以看出，La0.67Mg0.33Ni3合金平台压力较高，加 Co后，La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5、La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金平台压力明显下降，而且最大吸氢量也有所增大，说明Co对降低PuNi3型贮氢合金的平衡氢压和增大合金的最大吸氢量很有效。对于LaNi3型过化学计量La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5合金，它的平台压力比化学计量 La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5合金低，且最大吸氢量也比其大。这是由于 La2Ni7的增加使合金的平衡氢压降低，吸氢量增大。

3 结论

La0.67Mg0.33Ni3、La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5、La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5三种合金均为多相结构，三种合金均含有少量未知相。合金 PCT 平台压力高低顺序为:La0.67Mg0.33Ni3(0.171 MPa)＞ La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5(0.035 MPa)＞ La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5(0.026 MPa)，在 30 ℃2.0 MPa 下合金最大吸氢量的原子比大小顺序为:La0.67Mg0.33Ni2.8Co0.5(0.97)＞ La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5(0.95)＞ La0.67Mg0.33Ni3(0.93)。加 Co，改善了合金的特性，并使平台压力降低。

［1］ Sakai T，Matsuoka M，Iwakura C.In:Gschneibner Jr.KA，Eyring L，editors.Hand book on the physics and chemistry of rare earths.Amsterdam:Elsevier，1995.p.320.

［2］ S.R.Ovshinsky，M.A.Fetcenko，J.Ross.A Nickel Metal Hydride Battery for Electric Vehicles［J］.Science，1993(260):176－181.

［3］ H.Ogawa，M.Ikoma，H.Kawano，etc.Metal hydride electrode for high energy density sealed nickel-metal hydride battery［J］.Power Sources，1988(12):393 – 395.

［4］ J.J.Reilly ，Metal Hydride Electrodes.In:J.O.Besenhard，Editor，Handbook of battery materials［M］.New York:Wiley，2000.

［5］ H.Oesterreicher，K.Ensslen，A.Kerlin，etc.The correlation between composition and electrochemical properties of metal hydride electrodes［J］.Alloys Comp.，1999，293 －295.

［6］ T.Takeshita，W.E.Wallace，R.S.Craig.Stability of hydrogen in RCo3 compounds［J］.Inorganic Chem，1974(13):2283－2284.

Hydrogen Storage Properties of La-Mg-Ni System

WU Jing-ran
(Department of Mechanical Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China)

The hydriding performance and structure of La-Mg-Ni system hydrogen storage alloys were investigated by pressure-composition isotherms，XRD and atomic parameters.The results of XRD analysis，(La，Mg)Ni3phase was obtained in La-Mg-Ni system hydrogen storage alloys.The activation performance partially replaced by Co can be improved.The substitution of Ni by Co could lower the plateau pressure.

La-Mg-Ni system hydrogen storage alloys;hydrogen storage properties;PCT curves

TG139.7

B

1008-9446(2011)02-0039-03

承德市科研项目(新型稀土系高性能贮氢电级合金材料研究):201021128。

2011-03-23

吴静然(1976－)，女，辽宁沈阳人，承德石油高等专科学校机械工程系讲师，硕士，主要从事新材料研究。