Co含量含Mg合金的性能影响

2011-06-13郭慧

科技传播 2011年20期

关键词：电化学活化寿命

郭慧

厦门海洋职业技术学院，福建厦门 361012

Co含量含Mg合金的性能影响

郭慧

厦门海洋职业技术学院，福建厦门 361012

采用真空感应熔炼炉制备Ml0.96Mg0.04(Ni0.846Co0.007xMn0.08Al0.06)5（x=4.5、3、2、1、0）贮氢电极合金并在1213K下热处理6小时得到热处理态合金。采用SEM、EDS、P-C-T、三电极体系等研究气态吸放氢性能、电化学性能。PCT曲线表明，随着Co含量的降低，合金的吸氢量变化不大。电化学性能表明，合金的活化性能随着Co含量的降低而提高，合金的循环寿命下降较快。

贮氢电极合金；PCT曲线；电化学性能

众所周知，稀土系AB5型储氢合金具有良好的综合电化学性能，是目前国内外镍氢电池生产中应用最广泛的负极材料。近年来，为了降低合金成本，开展了AB5型储氢合金的低Co无Co化研究，其中包括采用Cu、Si、Cr、Fe等[1]替代Co以降低成本。随着研究的深入，有研究人员提出少量Mg的添加可有效改善低钴AB5型储氢合金循环寿命的观点[2]。张鹏[3]等在含少量Mg的欠化学计量比合金的研究中发现，加入少量Mg降低了合金的容量却使得合金的循环寿命上有了较大的改善。

本文系统地研究了Ml0.96Mg0.04（Ni0.846Co0.007xMn0.08Al0.06）5（x=4.5、3、2、1、0）合金的贮氢性能，讨论了含Mg合金体系中Co含量对合金性能的影响。

1 实验

1.1 合金制备

本实验采用真空感应熔炼及二次加料，将原料金属按一定顺序放入Al2O3坩埚中，镍镁中间合金放入二次加料装置中；先将坩埚中金属熔化并保温2min～3min，接着停功率并启动二次加料装置添加镍镁中间合金，再升功率并保持该熔体温度2min，浇注并经水冷铜辊快速冷却，制备得到0.1mm～0.3mm的合金薄片；此后将合金在1213K下热处理6h；然后经过破碎，研磨过140筛网，所得合金电性能测试，取-140到+200目之间的合金粉进行激光粒度测试与PCT性能检测。

1.2 合金的性能测试

平衡压-组成-温度（PCT）曲线测定在美国AMC公司的气体反应控制器上进行，测试温度为318K。合金电极的最大放电容量、活化性能及循环稳定性测试在擎天BS9300系列电池测试仪上进行。

2 结果与讨论

2.1 P-C-T曲线

图 1 ML0.96Mg0.04（Ni0.846Co0.014Mn0.08Al0.06）5（x=4.5、3、2、1、0）合金的P-C-T曲线

热处理态的 ML0.96Mg0.04（Ni0.846Co0.014Mn0.08Al0.06）5（x=4.5、3、2、1、0）合金的P-C-T曲线如图1，图1显示，合金ML0.96Mg0.04（Ni0.846Co0.007xMn0.08Al0.06）5（x=4.5、3、2、1、0）具有明显的吸放氢平台，且吸放氢平台差距较小。

对合金各项数据整理如表1。从表1可以看出：Co含量的降低对合金在1MPa的吸氢量没有什么太大影响，但在0.3MPa的吸氢量由逐渐增多的趋势。磁滞上表现为磁滞性能的变差。这是由于Co含量有利于合金降低吸氢过程中晶包体积的膨胀率，Co含量的降低时合金吸放氢平衡压力变化较为明显。

表 1 ML0.96Mg0.04（Ni0.846Co0.007xMn0.08Al0.06）5（x=4.5、3、2、1、0）合金的 P-C-T 数据

合金在PCT前后的粒径数据见表2：合金的粒径维持率采用PCT前后的D50的比值来衡量，呈现降低的趋势，从这可大概估算,合金的寿命会随着Co含量的降低而降低。

表2 合金在PCT前后的粒径数据

2.2 合金的电化学性能

图 2 合金 ML0.96Mg0.04（Ni0.846Co0.007xMn0.08Al0.06）5（x=4.5、3、2、1、0）的循环寿命图

表 3 合金 ML0.96Mg0.04（Ni0.846Co0.007xMn0.08Al0.06）5（x=4.5、3、2、1、0）的电化学性能数据

可以看到该系列合金的电极达到最大放电容量的活化次数随着Co含量的降低而逐渐减少，这说明Co元素在抑制Mn、Al溶解的同时也减弱了合金的活化性能；合金颗粒表面由于Mm、Mg、Co 元素在碱液中溶出而形成高催化活性的富Ni 层以及多相合金中大量的晶界和相界给氢原子提供了快速扩散通道，是活化性能逐渐提高的原因。

随着Co含量的降低，合金的1C容量变化较小，仅在合金降到无Co时发生较大改变。含Co合金与与PCT曲线性能一致，无Co合金发生的性能下降，可能是由于活化过程中无Co合金Mn元素在电解液中溶解过多，导致合金的吸氢量出现下降。合金的循环寿命（以合金最高容量的80%计算）下降较为明显，这说明Co元素对于合金的循环寿命有较大影响，这与PCT后的粒径维持率下降较大相符。