铸态及快淬态LaxMg2Ni1+5x(x=0.1~0.4)合金的微结构特征与电化学性能

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Mg基储氢材料Mg2Ni合金因其理论容量高(理论电化学容量为999 m Ah/g)、质量轻与资源丰富备受关注。但Mg基储氢材料的室温容量较低,吸放氢动力学性能与循环稳定性较差、易粉化等缺点,使其无法满足实际应用。而较于Mg基储氢合金,已投入生产使用的La Ni5合金则具有常温容量高、循环稳定性好的优点。因此,对Mg2Ni合金以摩尔比1:5的比例微量添加La、Ni元素进行合金化并对各组分合金进行快淬处理,期望在合金中形成La Ni5相并改变Mg2Ni相的结构以提高常温电化学性能。研究了铸态及快淬态LaxMg2Ni1+5x(x=0.1~0.4)合金的微结构特征与电化学性能的变化规律并与Mg2Ni合金做出对比。研究发现,对于铸态LaxMg2Ni1+5x(x=0~0.4)合金,随着La、Ni元素添加量的增加,合金中未生成La Ni5相,而是在晶界处逐渐生成了第二相La Mg Ni4相,且相对含量逐渐增多;伴随生成的La Mg2Ni相先增多后减少;Mg2Ni相逐渐减少,且晶粒由粗大的树枝晶逐渐变为细小的柱状晶或胞状晶。La元素的加入对Mg2Ni相中的Mg元素有替代作用,形成La0.05Mg1.95Ni相,且在x=0.1时合金中Mg2Ni相完全转化为该相。随着La元素的增多,La0.05Mg1.95Ni相逐渐减少,并再次出现Mg2Ni相,在x=0.4时该相消失。电化学性能测试表明,与Mg2Ni合金相比,随着La、Ni元素的增加,铸态LaxMg2Ni1+5x(x=0.1~0.4)合金的常温电化学容量与循环50次后的容量保持率持续升高,在x=0.4时分别提高了499%与106%。La0.05Mg1.95Ni相的生成,提高了合金在353 K温度下的电化学容量。分别选用15 m/s、30 m/s、45 m/s的速率对铸态合金进行了快淬处理。研究发现,当x<0.4时,快淬态合金中没有新相生成;当x=0.4且快淬速率≥30 m/s时,生成新相Mg La0.67Ni相。随着快淬速率的增大,合金的成分趋于均匀,合金的晶粒逐渐细化,且各组分合金在快淬速率为45 m/s时均出现非晶相;当x=0.1和0.3时,合金主相的XRD最强衍射峰出现先增高后降低的趋势,而当x=0、0.2和0.4时衍射峰强度持续降低,说明适当速率的快淬能够细化晶粒,而随着快淬速率的增加,非晶相逐渐增多。电化学性能测试表明,适当速率的快淬,能够提高合金的电化学容量,而对于同成分的合金,快淬处理能够提高合金的循环稳定性。
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