[發(fā)明專利]一種(La,Nd,)-Mg-Ni雙相超晶格儲氫合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011284883.5
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112501475B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱思琪;崔涵;張偉蓉;張娜;徐杰;陳翔宇;朱帥;劉晶晶;程宏輝;嚴(yán)凱
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C1/02;C22F1/02;C22F1/10;H01M4/38
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明公開了一種(La,Nd,)?Mg?Ni雙相超晶格儲氫合金及其制備方法，合金具有A₂B₇和A₇B₂₃雙相結(jié)構(gòu)，其制備步驟為：選擇金屬單質(zhì)，按照La_0.60Nd_0.15Mg_0.25Ni_3.25化學(xué)組成進(jìn)行配料，La和Nd過量4 wt%，Mg過量22 wt%，采用中頻感應(yīng)熔煉法制備合金鑄錠；取合金鑄錠，放入特制的鎳殼容器中密封，置于真空管式爐中，在?0.02 MPa~0.02 MPa的氬氣氣氛下進(jìn)行分步熱處理。本發(fā)明通過控制鎳殼體積與合金質(zhì)量之比，調(diào)節(jié)易揮發(fā)元素?fù)]發(fā)量，調(diào)節(jié)A側(cè)與B側(cè)元素的比例在A₇B₂₃與A₂B₇相之間；向合金中加入了Nd元素，彌補(bǔ)合金A側(cè)含量較高而易腐蝕的缺點(diǎn)；通過分步熱處理，消除合金中的雜相，并控制溫度和時(shí)間，得到電化學(xué)性能優(yōu)異的A₂B₇?A₇B₂₃雙相合金。

背景技術(shù)

La-Mg-Ni基儲氫合金由于較高的容量和倍率放電性能，被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ逆嚉潆姵刎?fù)極材料之一。該類合金具有特殊的超晶格合金相，是由[A₂B₄]和[AB₅]亞晶格延c軸方向堆垛而成，目前發(fā)現(xiàn)的超晶格結(jié)構(gòu)合金相主要包括AB₃型相、A₂B₇型相、A₅B₁₉型相和AB₄型相，其[A₂B₄]與[AB₅]亞晶格的比例分別為1:1、1:2、1:3和1:4。其中，A₂B₇型合金相具有較為好的電化學(xué)性能。但其綜合電化學(xué)性能尤其是能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性仍有待提高。

近期，Li等在La₂Mg(Ni_0.8,Co_0.2)₉合金中，首次發(fā)現(xiàn)了一種新的超晶格合金相，其[A₂B₄]與[AB₅]亞晶格的比例為2:3，為A₇B₂₃型合金相。據(jù)報(bào)道，該合金相具有良好的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性 [J. Power Sources 441 (2019) 126667]。但是，該報(bào)道中的La₂Mg(Ni_0.8,Co_0.2)₉合金為AB₃-A₇B₂₃-A₂B₇三相結(jié)構(gòu)，其中的AB₃不但在循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，而且由于A側(cè)元素含量較高，容易被氧化腐蝕，從而導(dǎo)致容量降低。因此，將AB₃相從AB₃-A₇B₂₃-A₂B₇中剝離出去，很可能進(jìn)一步提高合金的循環(huán)穩(wěn)定性，從而得到性能優(yōu)越的鎳氫電池負(fù)極材料。

此外，有報(bào)道表明，Nd元素由于在電解液（一般為6 M KOH溶液）中可以通過生成一層氧化薄膜，大大減緩材料進(jìn)一步腐蝕，而且Nd的加入對合金容量不會造成不良影響 [IntJ hydrogen energ 34 (2009) 1399 – 1404]。因此將Nd加入到La-Mg-Ni基合金中，制備出的La-Nd-Mg-Ni基A₂B₇-A₇B₂₃雙相超晶格儲氫合金有望具有更為優(yōu)越的電化學(xué)性能。但是目前尚未見相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)越的電化學(xué)性能的 (La,Nd,)-Mg-Ni 雙相超晶格儲氫合金及其制備方法。