低成本贮氢合金制备与性能

近年来，低成本AB5型合金电池在市场竞争中面临低成本镉镍电池和高质量比能量锂离子电池两面夹击，因此，进一步提高合金的性价比迫在眉睫。作者提出以BFe、VFe和WFe等合金为原料，替代合金中纯的金属单质，如Ni、Co、Mn、Cu等元素，并结合化学计量比的调控以期在改善合金电极综合电化学性能的同时，进一步降低合金的成本。书中对作者近年来取得的重要研究成果进行了系统总结，使其具有更好的系统性、完整性和可读性，将对开发新型的低成本高性能AB5贮氢合金有所指导和帮助。 

本书详细阐述了以BFe、VFe和WFe等合金为原料，替代低钴或无钴贮氢合金中纯的金属单质，如Ni、Co、Mn、Cu等，并结合化学计量比调整实现了在改善贮氢合金电极综合电化学性能的同时，进一步降低合金的成本，进而提高了低成本贮氢合金电极的性价比。全书内容共分为七章，结合作者多年在此领域的研究经验、技术积累以及国内外的新成就、新进展，就合金(BFe、VFe和WFe)取代量和化学计量比对低钴或无钴AB5型合金微观结构和电化学的影响进行了较详细论述。将对开发新型的低成本、高性能AB5型贮氢合金，更好地开发镍氢电池负极材料，提供有益的研究思路和技术方法。本书内容全面，图文并茂，参考价值较强。本书适合于从事镍氢电池、镍氢电池负极材料、新材料、新能源材料等研究、开发和生产人员阅读，也可供高等院校相关专业教师、本科生、研究生参考。

第1章贮氢合金概述/001

1.1概述001

1.2金属氢化物/镍(MH/Ni)电池原理002

1.3金属贮氢电极反应的动力学003

1.4负极材料贮氢合金的发展概况005

1.4.1金属氢化物贮氢材料应具备的条件005

1.4.2贮氢合金分类005

1.4.3AB5型稀土贮氢合金负极材料研究进展及发展趋势007

参考文献011

第2章贮氢合金的制备及电化学性能测试/015

2.1合金的制备015

2.1.1实验设备和材料015

2.1.2实验方法015

2.2合金的相结构分析016

2.3合金的电化学性能测试016

2.3.1实验设备和材料016

2.3.2实验方法016

2.4合金的动力学性能测试018

参考文献018

第3章单元素取代对低钴无钴合金微观结构和电化学性能的影响/019

3.1La0.7Ce0.3Ni3.75Mn0.35Al0.15Cu0.75-xFex合金微观结构和电化学性能020

3.1.1合金的微观结构020

3.1.2活化性能和放电容量021

3.1.3高倍率放电性能和动力学022

3.1.4循环稳定性025

3.1.5小结026

3.2La0.7Ce0.3Ni3.85Mn0.8Cu0.4Fe0.15-x(Fe0.43B0.57)x合金微观结构和电化学性能27

3.2.1合金的微观结构27

3.2.2放电容量和活化性能28

3.2.3高倍率放电性能和动力学28

3.2.4循环稳定性32

3.2.5小结32

3.3La0.7Ce0.3Ni3.75Mn0.35Al0.15Cu0.75-xVx合金微观结构和电化学性能33

3.3.1合金的微观结构33

3.3.2放电容量和活化性能34

3.3.3高倍率性能和动力学34

3.3.4循环稳定性37

3.3.5小结38

参考文献38

第4章Fe0.43B0.57取代对低钴无钴贮氢合金的微观结构和电化学性能的影响/042

4.1La0.7Ce0.3Ni3.75Mn0.35Al0.15Cu0.75-x(Fe0.43B0.57)x合金的微观结构和电化学性能43

4.1.1合金的微观结构43

4.1.2合金电极活化性能与放电容量44

4.1.3循环稳定性45

4.1.4高倍率放电性能和动力学性能46

4.1.5小结50

4.2La0.7Ce0.3Ni3.75-xMn0.35Al0.15Cu0.75(Fe0.43B0.57)x合金微观结构和电化学性能51

4.2.1合金的微观结构51

4.2.2活化性能与放电容量52

4.2.3高倍率放电性能和动力学性能53

4.2.4循环稳定性56

4.2.5小结57

4.3La0.7Ce0.3Ni4.2Mn0.9-xCu0.37(Fe0.43B0.57)x合金微观结构和电化学性能58

4.3.1微观结构58

4.3.2放电容量和活化61

4.3.3循环稳定性62

4.3.4高倍率放电性能和动力学64

4.3.5小节66

4.4LaNi3.55Co0.2-xMn0.35Al0.15Cu0.75(Fe0.43B0.57)x合金微观结构和电化学性能67

4.4.1微观结构67

4.4.2放电容量和活化性能68

4.4.3高倍率放电性能和动力学70

4.4.4循环稳定性73

4.4.5小结74

参考文献75

第5章V0.81Fe0.19取代对低钴无钴贮氢合金的微观结构和电化学性能的影响/079

5.1La0.7Ce0.3Ni3.75Mn3.5Al0.15Cu0.75-x(V0.81Fe0.19)x合金微观结构和电化学性能80

5.1.1合金的微观结构80

5.1.2活化性能与放电容量81

5.1.3高倍率放电性能和动力学性能82

5.1.4循环稳定性85

5.1.5小结86

5.2La0.7Ce0.3Ni3.75-xMn0.35Al0.15Cu0.75(V0.81Fe0.19)x合金的晶体结构和电化学性能86

5.2.1晶体结构86

5.2.2活化性能与放电容量87

5.2.3高倍率放电性能和动力学性能88

5.2.4循环稳定性91

5.2.5小结92

5.3La0.7Ce0.3Ni4.2Mn0.9-xCu0.37(V0.81Fe0.19)x合金的微观结构和电化学性能93

5.3.1微观结构93

5.3.2放电容量和活化95

5.3.3高倍率放电性能和动力学96

5.3.4循环稳定性99

5.3.5小结101

5.4LaNi3.55Co0.2－xMn0.35Al0.15Cu0.75(Fe0.43B0.57)x合金的晶体结构和电化学性能102

5.4.1晶体结构102

5.4.2放电容量和活化104

5.4.3高倍率放电性能和动力学性能105

5.4.4循环稳定性107

5.4.5小结109

参考文献109

第6章W0.42Fe0.58取代对无钴低钴贮氢合金的微观结构和电化学性能的影响/112

6.1La0.7Ce0.3Ni3.85-xMn0.35Al0.15Cu0.65(W0.42Fe0.58)x合金微观结构和电化学性能113

6.1.1晶体结构113

6.1.2活化性能和放电容量116

6.1.3高倍率放电及动力学116

6.1.4循环稳定性120

6.1.5小结121

6.2La0.7Ce0.3Ni4.2Mn0.9-xCu0.3(W0.42Fe0.58)x合金的晶体结构和电化学性能122

6.2.1晶体结构122

6.2.2活化性能和放电容量122

6.2.3高倍率放电及动力学124

6.2.4循环稳定性127

6.2.5小结129

6.3LaNi3.70Co0.2-xMn0.30Al0.15Cu0.65(W0.42Fe0.58)x合金的晶体结构和电化学性能129

6.3.1晶体结构129

6.3.2放电容量和活化132

6.3.3循环稳定性132

6.3.4高倍率放电及动力学133

6.3.5小结136

参考文献137

第7章化学计量比对无钴低钴合金的微观结构和电化学性能的影响/140

7.1La0.75Ce0.25Ni3.80Mn0.90Cu0.30(Fe0.43B0.57)x合金微观结构和电化学性能141

7.1.1合金的微观结构141

7.1.2放电容量与活化142

7.1.3高倍率放电性能和动力学性能143

7.1.4循环稳定性146

7.1.5小结147

7.2La0.75Ce0.25Ni3.80Mn0.90Cu0.30(V0.81Fe0.19)x合金微观结构和电化学性能148

7.2.1合金的微观结构148

7.2.2放电容量和活化149

7.2.3高倍率放电性能与动力学150

7.2.4循环稳定性152

7.2.5小结154

7.3La0.7Ce0.3［Ni3.65Cu0.75Mn0.35Al0.15(Fe0.43B0.57)0.10］x合金微观结构和电化学性能155

7.3.1合金的微观结构155

7.3.2活化性能和放电容量155

7.3.3高倍率放电性能和动力学性能156

7.3.4循环稳定性159

7.3.5小结160

参考文献160

 

镍-金属氢化物(Ni/MH)电池因环境友好和综合电化学性能优良被广泛应用于便携式电子设备、电动工具、混合动力车和电动汽车，且商品化Ni/MH电池负极材料主要为镧镍基AB5型贮氢合金。根据产品类型和客户需求，AB5型贮氢合金大致可分为高容量长寿命型、高功率型和低成本型。低成本AB5型合金中为了降低成本，而去除价格高的Pr、Nd和Co等，多为低钴或无钴合金，但其倍率放电性能和活化性能并不理想。近年来，低成本AB5型合金电池在市场竞争中面临低成本镉镍电池和高质量比能量锂离子电池两面夹击，因此，进一步提高合金的性价比迫在眉睫。为了提高低成本AB5型合金的性价比，作者提出以BFe、VFe和WFe等合金为原料，替代合金中纯的金属单质，如Ni、Co、Mn、Cu等元素，并结合化学计量比的调控以期在改善合金电极综合电化学性能的同时，进一步降低合金的成本。书中对作者近年来取得的重要研究成果进行了系统总结，使其具有更好的系统性、完整性和可读性，将对开发新型的低成本高性能AB5贮氢合金有所指导和帮助。全书内容主要如下：第1章中简要概述了贮氢合金及其作为镍氢电池负极材料的研究现状；第2章介绍了贮氢合金的微观结构和电化学性能研究方法；第3章重点介绍了B、Fe、V单元素取代对低钴或无钴AB5型合金微观结构和电化学性能的影响。此外，第4章～第6章分别分析了BFe、VFe和WFe作为原料取代对低钴或无钴AB5型合金微观结构和电化学性能的影响。第7章介绍了化学计量比和元素添加共同作用对低钴或无钴AB5型合金微观结构和电化学性能的影响。本书在编写过程中得到河南理工大学材料科学与工程学院的张志教授、马名杰教授、内蒙古稀奥科贮氢合金有限公司朱惜林教授级高工、吉力强高工和燕山大学韩树民教授的指导和帮助，提出了许多宝贵意见。本书出版还得到国家自然科学基金(51671080和51471065)、河南省科技创新人才计划-杰出青年(144100510009)和河南省高校科技创新团队支持计划(16IRTSTHN005)的资助，在此一并表示感谢！由于时间和水平有限，疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评、指正。著者2017年1月