淺析新能源汽車(chē)電池用新型鎂基儲(chǔ)氫合金的組織與性能論文

　　新型的清潔能源備受業(yè)界關(guān)注，其中氫能是人們普遍認(rèn)為極具應(yīng)用前景的新型能源之一。儲(chǔ)氫合金是促使氫能大規(guī)模應(yīng)用的有效途徑。在新能源汽車(chē)電池中，鎂基儲(chǔ)氫合金由于輕便、安全性好、儲(chǔ)氫容量大和價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)被譽(yù)為新一代極具競(jìng)爭(zhēng)力的儲(chǔ)氫合金。但是，現(xiàn)有的Mg2Ni 鎂基儲(chǔ)氫合金存在電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性不好，限制了鎂基儲(chǔ)氫合金的商業(yè)化進(jìn)程，迫切需要對(duì)現(xiàn)有的鎂基儲(chǔ)氫合金進(jìn)行改性。鑒于此，筆者在Mg2Ni 鎂基儲(chǔ)氫合金中復(fù)合添加合金元素V和Co，采用超聲振動(dòng)輔助感應(yīng)熔煉法制備了Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金，并進(jìn)行了顯微組織觀察、X 射線衍射分析、吸放氫性能和電化學(xué)穩(wěn)定性的測(cè)試與分析。

　　1 試驗(yàn)材料與方法

　　采用工業(yè)級(jí)金屬原料Mg、V、Ni 和Mg-10Co、Mg-5Mn 中間合金，在自制的超聲振動(dòng)輔助感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金的制備。熔煉溫度為(705依5)℃、超聲振動(dòng)頻率為35Hz。制備出的合金試樣，經(jīng)DM2300 型能量彌散X 射線熒光分析儀測(cè)試的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%) 為院9.047V、49.778Ni、2.614Co、0.187Mn、0.011Fe、余量Mg。合金中添加Mn 主要起到除雜的作用。采用PG18 型金相顯微鏡和EVO18 型掃描電鏡進(jìn)行顯微組織觀察曰采用D8ADVANCE 型X 射線衍射儀進(jìn)行XRD 分析曰采用H-Sorb2600 型全自動(dòng)PCT 儲(chǔ)氫材料測(cè)試儀進(jìn)行吸放氫性能測(cè)試，測(cè)試溫度為室溫曰采用CHI660E 型電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試，充電電流為120mAh/g、充電時(shí)間3 h、放電電流60 mAh/g、放電截止電位-0.4V。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

　　2.1 XRD 分析

　　試驗(yàn)制備的Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金的XRD 圖譜，可看出，該合金由Mg2Ni 基體相和少量V3Ni 相組成。在XRD圖譜中，未發(fā)現(xiàn)含Co 的化合物相，主要是因?yàn)楹辖鹪�素Co的添加量較少。

　　2.2 顯微組織分析

　　試驗(yàn)制備的Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金的顯微組織金相(OM)照片和掃描電鏡(SEM)照片，可看出，該新型鎂基儲(chǔ)氫合金無(wú)明顯的氣孔、孔洞和夾雜等缺陷，組織較為均勻，晶粒較為細(xì)小，平均晶粒尺寸約為19滋m。結(jié)合XRD 圖譜和SEM 照片，可以看出灰色部分是Mg2Ni 基體相，彌散分布的白色顆粒狀物質(zhì)是V3Ni 相。彌散分布的V3Ni 相有助于改善鎂基儲(chǔ)氫合金的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。

　　2.3 吸放氫性能測(cè)試與分析

　　試驗(yàn)制備的Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金的吸氫性能和放氫性能測(cè)試結(jié)果，該新型鎂基儲(chǔ)氫合金在室溫下具有較佳的吸放氫性能。在吸氫過(guò)程中，上述新型鎂基儲(chǔ)氫合金的吸氫量約在50min 達(dá)到飽和，最大吸氫量達(dá)到2.3wt%，具有較佳的吸氫性能。在放氫過(guò)程中，上述新型鎂基儲(chǔ)氫合金具有明顯的放氫平臺(tái)，平臺(tái)壓力約為0.6MPa，具有較好的放氫性能。這主要得益于Mg2Ni 合金中元素用微量的合金元素Co 替代Ni，這更有利于氫原子進(jìn)出通道的形成，從而使得試驗(yàn)制備的Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金具有較佳的吸放氫性能。

　　2.4 電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試分析

　　試驗(yàn)制備的Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金，在充放電循環(huán)后的放電容量變化。可看出，與相同方法制備的Mg2Ni 儲(chǔ)氫合金相比，該新型鎂基儲(chǔ)氫合金具有更大的放電容量，最大放電容量從100.7mAh/g 增加至132.5mAh/g，增加了31.6%。最重要的是，該新型鎂基合金的放電容量衰減速度明顯低于Mg2Ni 合金，其電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于Mg2Ni 合金。經(jīng)過(guò)20 次充放電循環(huán)后，Mg2Ni 合金的放電容量從最大放電容量100.7 mAh/g 降至9.6 mAh/g，衰減了90.5%曰而該新型鎂基儲(chǔ)氫合金的放電容量從最大放電容量132.5 mAh/g 降至108.4 mAh/g，僅衰減了18.2%。與Mg2Ni 合金相比，該新型合金經(jīng)20 次充放電循環(huán)后的放電容量衰減率減小了72.3%。由此可看出，該新型鎂基儲(chǔ)氫合金的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性得到了顯著改善。這主要得益于Mg2Ni 合金A 側(cè)用少量的合金元素V 替代Mg，在Mg2Ni 基體相中形成彌散分布的V3Ni 相，顯著提高了鎂基儲(chǔ)氫合金在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中抵抗電化學(xué)腐蝕的能力，從而改善了鎂基儲(chǔ)氫合金的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，使得Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金具有較好的實(shí)用性。

　　3 結(jié)論

　　(1) 采用超聲振動(dòng)輔助感應(yīng)熔煉法，可制備出具有較佳吸放氫性能和充放電循環(huán)穩(wěn)定性的Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05新型鎂基儲(chǔ)氫合金，合金由Mg2Ni基體相和少量彌散分布的V3Ni 相組成。

　　(2) 超聲振動(dòng)輔助感應(yīng)熔煉法制備的Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金的室溫最大吸氫量達(dá)到2.3wt%，放氫平臺(tái)壓力為0.6MPa，具有較好的吸放氫性能。

　　(3) 與Mg2Ni 合金相比，Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型鎂基儲(chǔ)氫合金經(jīng)過(guò)20 次充放電循環(huán)后的放電容量衰減率減小了72.3%，顯著改善了鎂基儲(chǔ)氫合金的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。