无钴AB5合金与纯钴的协同研究文献综述

 2021-09-25 20:32:45

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一引言

AB5贮氢合金是当今研究最活跃的功能材料之一，在研究和开发上取得了长足进展。稀土系AB5型贮氢合金作为一种具有储存和释放氢气特征的金属功能材料，它以LaNi5为典型代表，具有活化容易、贮氢量大、不易中毒等特点。目前应用的AB5型贮氢合金都是在LaNi5基础上发展起来的，可应用于贮氢容器、氢精制设备、热泵及传感器等方面。尤其是作为Ni-MH二次电池的负极材料，与Ni-Cd电池相比，Ni-MH电池具有更高的比能量(为Ni-Cd电池的1.5～2倍)，又无Cd的公害(Cd为致癌物质)，是取代Ni-Cd电池的首选者[1]。

近年来人们在LaNi5基电极合金的循环稳定性方面研究取得了突破性进展[2,3]，他们发现Co部分取代LaNi5中的Ni可极其有效地改善LaNi5基贮氢电极合金的循环寿命。随后许多学者就Co对AB5型贮氢电极合金循环寿命的影响进行了详细的研究。到目前为止，Co被认为是AB5稳定型电池电极不可缺少的组成成分。

与此同时，科研人员也发现纯钴也可以作为电池的负极在碱性电解质中进行充放电，且具有高容量的特点，容量远大于AB5，但是其循环稳定性太差，而AB5的循环稳定性较好，只是容量较小。Co元素对合金的电化学性能，特别是循环充放性能具有重要作用，但是钴价格昂贵，而AB5合金中有约10%钴元素，使得生产成本大幅上升。提高市场竞争力，必须降低贮氢合金的原材料成本，因此，开发低钴或无钴合金已成为电极材料的主要研究方向。此外，我们可以研究将制得的低钴或无钴AB5合金与纯钴粉混合以期能获得更加优越的性能。

二AB5合金的研究

2.1AB5合金发展近况

随着世界经济的发展，能源安全问题越来越受到人们的关注。随着石油能源危机的日益凸现,从战略发展来看，寻找替代能源已经刻不容缓。储氢合金是一种具有储存和释放氢气特性的新型金属功能材料。其中稀土储氢合金(即AB5型储氢合金)以镧(La)镍(Ni)合金系中的LaNi5为典型代表，具有活化容易、高倍率放电性能好、P-C-T平台平坦，电催化活性好等特点,是综合电化学性能好、应用广泛的一类储氢合金。已在储氢容器、氢精制设备、热泵及传感器等方面广泛应用，而最成功的应用是作为Ni-MH二次电池的负极材料[4,5]。

1969年,Philips实验室就发现了LaNi5合金具有很好的储氢性能，储氢量为14%(质量)，当时就应用于Ni-MH电池，但由于容量衰减快，价格昂贵，没能得到发展。直到1984年，Wi-llims采用钴部分取代镍，用钕少量取代镧得到抗氧化性能高的多元合金，制出了实用的Ni-MH电池，AB5型储氢材料才重新得到人们的重视与开发。从此，品种众多、性能良好的稀土基AB5或AB5 X型储氢材料在各国出现，Ni-MH电池极材料的电化学容量已达320mAh/g以上[6]。

2.2合金的吸放氢机理

一般地说，对用作Ni-MH电池负极的贮氢合金有如下要求：(1)在一定温度范围内可以进行吸氢和放氢；(2)在碱性溶液中要稳定；(3)电化学容量大；(4)活化容易；(5)具有良好的导热性；(6)进行长期充放电仍能维持其稳定性；(7)粒径合适,易于制作极板等[7]。

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