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1、Si元素对Ti基储氢合金电化学性能的影响第24卷2007年第3期6月蔫V_o1.24N0.3June2007Si元素对Ti基储氢合金电化学性能的影响刘社社1,2柳永宁,朱杰武(1.西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,陕西西安710049)(2.陕西省锅炉压力容器检验所,陕西西安710048)摘要:为了改善Ti基储氢合金的电化学性能,采用si元素部分替代Mn元素的方法,分析研究了n基储氢合金Ti0_3zr0225V0.25Mn0_25i0_5Six的相结构及电化学性能.结果表明,合金均由六方结构的C14型L
2、aves主相和立方结构的TiNi第二相构成;随着si元素替代量X的增大,合金的活化性能降低,而循环稳定性得到很大程度的改善.关键词:Ti基储氢合金;放电容量;循环稳定性1前言2一实验刖舌-头Ni—MH二次电池由于具有容量高,循环寿命好,无记忆效应及无环境污染等优点而得到快速发展和广泛应用.从目前实际应用和商业化的角度来看,稀土AB5型金属氢化物作为Ni.MH二次电池负极材料已经取得了成功的研究.但是,由于受理论电化学容量及成本的限制,越来越难以满足人们对高能量密度二次电池的需求.而AB2型Ti基Laves相合
3、金由于具有较高的能量密度,容易活化且成本低廉等优点而日益得到了人们的广泛关注和研究[1-51.LeeHH【】等人发现Ti0.2Zr0-05V0.4Mn0.2Ni0.15合金的放电容量达到440mAh/g,XuYHL6等人研究的合金Ti0.7Zr0.5V0.2Mn1.4Ni0.4放电容量可达到400mAh/g,但这些合金的放电容量急剧衰减,远不能满足商业化的需求.张勇等人研究的合金Ti0_26Zr0-07V0.23Mn0.13Ni0-3Cr0川,最大放电容量可达到397mAh/g,循环稳定性有所改善.本研究在前
4、期工作的基础上得到一种新的合金Ti0.3Zr0-225V0.25Mn0.25Ni0.5,具有高达426mAh/g的放电容量,但该合金的循环稳定性较差.鉴于此,试图以Si元素替代部分Mn元素的方法,来寻求改善该合金循环稳定性的途径,并对其显微组织和电化学性能进行了分析.实验所用的合金按照化学式Tio.3Zro.225Vo.25Mno25Nio.5S(=0,0.05,0.1,0.15)配备,所用单质金属Ti,Zr,V,Mn,Ni,Si的纯度均大于99.8%.将配制好的合金放入凹半球型的试样槽中,然后在氩气保护的条
5、件下进行电弧熔炼,起弧后,将弧光移动到试样槽内的合金料上,通过电弧的高温将合金熔化.为了使合金成分均匀,每个试样至少翻转重熔4次.得到最终合金锭后,去除锭外的渣质和氧化皮,经机械粉碎并过筛(<106gm),以各后用.取0.5g合金粉末,与一定量的添加剂和粘结剂混合均匀,涂在3cm×4em的泡沫镍网上并于353K下真空干燥,最后辊压成0.5mm厚的负极极片,正极采用Ni(OH)2粉末,制作方法与负极相同.以6mol/LKOH碱液作为电解液,在BTS一5型高精度电池性能测试仪上进行电化学性能测试,充放电制度
6、为:活化时,用100mA/g充电5h,50mA/g放电,截至电位1V;测试循环稳定性时,用100mA/g充电5h,100mA/g放电,截至电位lV;每次充放电后静置时间为10min.合金的相结构采用D/max一3A型X射线衍射仪(CuKa靶)测定,采用连续扫描的方式采样,扫描角度2的范围为20.～80.,扫描速度10./rain.收稿日期:2006.08.15基金项目:教育部科技重点项目(104266)作者简介:刘社社(1972一),男,硕士,工程师,主要从事压力容器方面的研发工作,电话:029—822341
7、05,E-mail:lshsh72@126.com.20啦.,.蔫,零24卷合金样品经打磨抛光后,用HF酒精溶液浸渍5S,采用MeF一3型金相显微镜观察合金的微观组织.3结果与讨论3.1相结构合金Tio.3Zro.225Vo.25Mno.25一i0.5Six(x=0-0.15)的XRD图谱如图1所示.可以看出,所有合金均由六方结构的Cl4型Laves主相和立方结构的TiNi第二相组成,随着合金中Si元素替代量的增大,Cl4型Laves主相的衍射峰的强度降低,衍射峰的位置右移,半高宽明显降低,这说明合金中Cl4
8、型Laves主相的含量逐渐减少.各合金的相结构,点阵常数经计算列于表1中,可以看出,合金的各相点阵参数均随着Si元素替代量的增大而减小,相应的晶胞体积也分别减小.各相的点阵参数与晶胞体积均随着Si元素替代量的增大而减小是由于Si元素的原子半径(0.146nm)比Mn元素的原子半径(0.179nm)小的缘故.慧20/(.)图1合金Ti0-3Zr0.225V025Mn0.25-xNi05Si(x=0～0
