CN105238956A - 一种3R型超堆垛单相Sm-Mg-Ni合金的制备方法及其贮氢应用 - Google Patents

一种3R型超堆垛单相Sm-Mg-Ni合金的制备方法及其贮氢应用 Download PDF

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一种3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的制备方法,其主要是将分别感应熔炼得到的SmNi和MgNi2合金铸锭机械球磨成粉末并与Ni粉按摩尔比1:0.82~0.98:1.01~1.40混合均匀后压片成坯,采用镍金属带进行包裹并焊接密封;将合金坯分步升温至900~975℃进行烧结96~108h;烧结后的合金坯随炉冷却至室温,即可获得3R型A2B7相含量大于95wt.%的单相Sm–Mg–Ni合金,组成为Sm0.8Mg0.2Ni3.5。该3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金经机械粉碎至100~200目后可直接作为贮氢材料使用。本发明制备方法简单可靠、生产容易控制,制备的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的贮氢容量高达1.88wt.%以上,经100周吸放氢循环后其容量保持率可达到99%以上。

Description

一种3R型超堆垛单相Sm-Mg-Ni合金的制备方法及其贮氢应用
技术领域:
本发明属于合金材料技术领域,特别涉及一种贮氢合金的制备方法及其应用。
背景技术:
作为镍氢电池负极材料的超堆垛结构La–Mg–Ni系合金,因具有贮氢容量高的优点,被认为是替代传统AB5型稀土系贮氢合金的理想材料。迄今为止,人们已经对La–Mg–Ni系贮氢合金的结构和电化学性能进行了大量的研究工作[Y.F.Liu,Y.H.Cao,Li.Huang,M.X.GaoandH.G.Pan,J.Alloy.Compd.509(2011)675]。研究发现,这类合金具有特殊的超堆垛结构,是由[A2B4]子模块(又称亚单元)与[AB5]子模块沿着c轴方向堆垛而形成的,根据两种模块比例的不同又分为AB3型、A2B7型和A5B19型,而每种化学组成相同的超堆垛结构又根据其包含的[A2B4]子模块类型的不同分为2H型和3R型。其中,A2B7型合金表现出比AB3型合金更好的循环稳定性和比A5B19型合金更高的电化学容量,被认为是一类具有良好综合贮氢性能的超堆垛结构贮氢合金。但是目前存在的主要困难是这类合金的吸放氢循环稳定性在实际应用中尚不能令人满意。
开发新型超堆垛RE–Mg–Ni(RE为稀土元素)系合金是改善超堆垛La–Mg–Ni系合金上述问题的一种有效途径。近期研究发现,较之La–Mg–Ni系合金,Sm–Mg–Ni系合金在吸放氢循环稳定性方面表现更为突出。由A5B19相和A2B7相组成的多相结构Sm–Mg–Ni合金在40℃条件下经过250周吸放氢循环后,容量保持率仍能达到95%,该值大大高于A5B19型La–Mg–Ni多相合金(经过30周吸放氢循环后容量保持率为89%),表现出于LaNi5合金相当的吸放氢循环稳定性(专利号CN104073687A)。但是,目前为止,人们所获得的超堆垛结构Sm–Mg–Ni系合金均为多相结构,而多相超堆垛合金结构在吸放氢过程中内部应力较大,不利于合金的循环稳定性的提高[J.J.Liu,S.M.Han,D.Han,Y.Li,S.Q.YangL.ZhangandY.M.Zhao.J.PowerSources287(2015)237]。虽然近期Zhang等人也获得了由2H型(空间群P63/mmc)和3R型(空间群R-3m)两种构型的A2B7相组成的超堆垛结构Sm3MgNi14合金[Q.AZhang,Z.L.Chen,Y.T.Li,F.Fang,D.L.Sun,L.Z.OuyangandM.Zhu,J.Phys.Chem.C119(2015)4719],但是由于这两种构型的超堆垛相结构在吸放氢顺序和吸放氢性能上仍然存在着差异,使得该合金的贮氢容量和循环稳定性还不够理想。另外,研究发现,具有3R型超堆垛结构的合金的循环稳定性要优于2H型超堆垛结构合金的循环稳定性[W.K.Du,S.B.Cao,Y.Li,L.Zhang,Y.M.Zhao,S.Q.YangandS.M.Han,J.Electrochem.Soc.162(10)(2015)A2180]。由上述可见,获得一种3R型A2B7单相超堆垛结构的Sm–Mg–Ni合金是提高合金吸放氢循环稳定性的一个重要方法,但是目前对于3R型A2B7单相超堆垛结构的Sm–Mg–Ni合金及制备尚未见报道。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种方法简单可靠、吸放氢循环稳定性好、贮氢容量大的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的制备方法及其贮氢应用。
本发明的制备步骤如下:
1、将感应熔炼分别得到的SmNi和MgNi2合金铸锭作为前驱物,分别在氩气保护氛围下机械球磨成粒径介于300~400目的粉末,将两种粉末与粒径介于300~400目的Ni粉按以下摩尔比机械混合均匀:SmNi:MgNi2:Ni=1:0.82~0.98:1.01~1.40。
2、将上述步骤1制得的混合粉末在10~15MPa的压力下冷压成型制成坯,采用镍金属带进行包裹并焊接密封。
3、将上述步骤2制得的密封后的合金坯在0.02~0.06MPa氩气保护氛围下进行分步烧结:以5℃/min的升温速率从室温升高到600℃,并在600℃保温1h;然后以1℃/min的升温速率先后升温至700℃和800℃,并此温度下分别保温1h;再以1℃/min的升温速率升温至900~975℃,保温96~108h。
4、将上述步骤3烧结后的合金坯随炉冷却至室温,即可获得3R型A2B7相含量大于95wt.%的单相Sm–Mg–Ni合金,组成为Sm0.8Mg0.2Ni3.5
5、将上述步骤4获得的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金,经机械粉碎至100~200目后可直接作为贮氢材料使用。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1、本发明制备的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金,具有比多相Sm–Mg–Ni合金更好的活化性能、更高的贮氢容量、更好的吸放氢循环稳定性以及更长的吸放氢循环寿命,其贮氢容量高达1.88wt.%以上,经100周吸放氢循环后其容量保持率可达到99%以上。
2、本发明的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的吸放氢循环寿命与传统LaNi5合金相当,而原材料易得,且成本低廉。
3、制备方法简单可靠、生产容易控制,在固定前驱物比例的条件下,可以在较宽的烧结温度范围内实现。
附图说明:
图1为本发明实施例1、2和3制备的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的Rietveld拟合图谱。
图2为本发明实施例1制备的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的活化曲线图。
图3为本发明实施例2制备的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的吸氢速率曲线图。
图4为本发明实施例3制备的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的吸放氢循环曲线图。
具体实施方式:
实施例1
将感应熔炼分别得到的SmNi和MgNi2合金铸锭作为前驱物,分别在氩气保护氛围下机械球磨成粒径介于300~400目的粉末,将两种粉末与粒径介于300~400目的Ni粉按以下摩尔比机械混合至均匀:SmNi:MgNi2:Ni=1:0.82:1.40。将上述混合粉末在10MPa下冷压成型制成坯,采用镍金属带进行包裹并焊接密封,放入开启式真空/气氛管式电炉中,经反复抽真空2次后充入0.02MPa的氩气进行分步烧结。分步烧结步骤为:以5℃/min的升温速率从室温升高到600℃,并在600℃保温1h;然后以1℃/min的升温速率先后升温至700℃和800℃,并此温度下分别保温1h;再以1℃/min的升温速率升温至900℃,保温96h。将上述烧结后的合金坯随炉冷却到室温并取出。
对上述获得的合金进行结构和贮氢性能测试:如图1(a)所示,采用Rietveld方法对烧结后的合金粉末的X射线图谱进行全谱拟合,拟合结果表明,合金由95.6wt.%的3R型A2B7相和4.4wt.%的2H型A2B7相构成,组成为Sm0.8Mg0.2Ni3.5。将制得的3R型A2B7超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金机械粉碎至100~200目后可直接作为贮氢材料使用,如图2所示,该方法制备的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金具有较高的吸放氢活性,在10Mpa,298K的条件下只需一次吸氢即可活化,其贮氢容量高达1.881wt.%,经100周吸放氢循环后其容量保持率可达到99.3%。
实施例2
将感应熔炼分别得到的SmNi和MgNi2合金铸锭作为前驱物,分别在氩气保护氛围下机械球磨成粒径介于300~400目的粉末,将两种粉末与粒径介于300~400目的Ni粉按以下摩尔比机械混合至均匀:SmNi:MgNi2:Ni=1:0.90:1.25。将上述混合粉末在12MPa下冷压成型制成坯,采用镍金属带进行包裹并焊接密封,放入开启式真空/气氛管式电炉中,经反复抽真空2次后充入0.04MPa的氩气进行分步烧结。分步烧结步骤为:以5℃/min的升温速率从室温升高到600℃,并在600℃保温1h;然后以1℃/min的升温速率先后升温至700℃和800℃,并此温度下分别保温1h;再以1℃/min的升温速率升温至950℃,保温102h。将上述烧结后的合金坯随炉冷却到室温并取出。
对上述获得的合金进行结构和贮氢性能测试,如图1(b)所示,采用Rietveld方法对烧结后的合金粉末的X射线图谱进行全谱拟合,拟合结果表明,合金由96.0wt.%的3R型A2B7相和4.0wt.%的2H型A2B7相构成,组成为Sm0.8Mg0.2Ni3.5。将制得的3R型A2B7超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金机械粉碎至100~200目后可直接作为贮氢材料使用,如图3所示,合金经活化后,在10Mpa,298K的条件下,其最大贮氢量可达到1.881wt.%,且仅需2.5min即可达到最大贮氢量的90%。由此可见,该方法制备的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金具有贮氢容量高和吸氢速率快的特点。
实施例3
将感应熔炼分别得到的SmNi和MgNi2合金铸锭作为前驱物,分别在氩气保护氛围下机械球磨成粒径介于300~400目的粉末,将两种粉末与粒径介于300~400目的Ni粉按以下摩尔比机械混合至均匀:SmNi:MgNi2:Ni=1:0.98:1.01。将上述混合粉末在15MPa下冷压成型制成坯,采用镍金属带进行包裹并焊接密封,放入开启式真空/气氛管式电炉中,经反复抽真空2次后充入0.06MPa的氩气进行分步烧结。分步烧结程序为:以5℃/min的升温速率从室温升高到600℃,并在600℃保温1h;然后以1℃/min的升温速率先后升温至700℃和800℃,并此温度下分别保温1h;再以1℃/min的升温速率升温至975℃,保温108h。将上述烧结后的合金坯随炉冷却到室温并取出。
对上述获得的合金进行结构和贮氢性能测试,如图1(c)所示,采用Rietveld方法对烧结后的合金粉末的X射线图谱进行全谱拟合,拟合结果表明,合金由96.2wt.%的3R型A2B7相和3.8wt.%的2H型A2B7相构成,组成为Sm0.8Mg0.2Ni3.5。将制得的3R型A2B7超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金机械粉碎至100~200目后可直接作为贮氢材料使用,如图4所示,该方法制备的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金经活化后,在298K条件下经过100周吸放氢循环后其容量保持率可达到99.3%,在循环30周时的容量保持率为99.5%,该值大大高于A5B19型La–Mg–Ni合金(30周吸放氢后的容量保持率为89%),并且高于A2B7型Pr–Mg–Ni合金(30周吸放氢后的容量保持率为98%)。

Claims (2)

1.一种3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的制备方法,其特征在于:
(1)将感应熔炼分别得到的SmNi和MgNi2合金铸锭作为前驱物,分别在氩气保护氛围下机械球磨成粒径介于300~400目的粉末,将两种粉末与粒径介于300~400目的Ni粉按以下摩尔比机械混合均匀:SmNi:MgNi2:Ni=1:0.82~0.98:1.01~1.40;
(2)将上述步骤(1)所述的混合粉末在10~15Mpa的压力下冷压成型制成坯,采用镍金属带进行包裹并焊接密封;
(3)将上述步骤(2)制得的密封后的合金坯在0.02~0.06Mpa氩气保护氛围下进行分步烧结:以5℃/min的升温速率从室温升高到600℃,并在600℃保温1h;然后以1℃/min的升温速率先后升温至700℃和800℃,并此温度下分别保温1h;再以1℃/min的升温速率升温至900~975℃,保温96~108h;
(4)将上述步骤3烧结后的合金坯随炉冷却至室温,即可获得3R型A2B7相含量大于95wt.%的单相Sm–Mg–Ni合金,组成为Sm0.8Mg0.2Ni3.5
2.上述权利要求1所述的3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金的贮氢应用,其特征在于:将3R型超堆垛单相Sm–Mg–Ni合金经机械粉碎至100~200目后可直接作为贮氢材料使用,其贮氢容量高达1.88wt.%以上,经100周吸放氢循环后其容量保持率可达到99%以上。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514402A (zh) * 2016-01-27 2016-04-20 燕山大学 一种PuNi3型单相钕–镁–镍合金电极材料的制备方法
CN107201457A (zh) * 2017-06-30 2017-09-26 燕山大学 一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法
CN108511742A (zh) * 2018-03-20 2018-09-07 燕山大学 一种单相a2b7型超晶格镨–镁–镍基合金电极材料及其制备方法
CN116219228A (zh) * 2023-03-03 2023-06-06 包头中科轩达新能源科技有限公司 一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101597711A (zh) * 2009-06-19 2009-12-09 燕山大学 一种稀土-镁-过渡金属基储氢合金及其制备方法
CN104451219A (zh) * 2014-11-26 2015-03-25 燕山大学 一种含A2B7相的A5B19型Re-Mg-Ni系贮氢合金的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101597711A (zh) * 2009-06-19 2009-12-09 燕山大学 一种稀土-镁-过渡金属基储氢合金及其制备方法
CN104451219A (zh) * 2014-11-26 2015-03-25 燕山大学 一种含A2B7相的A5B19型Re-Mg-Ni系贮氢合金的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K.KADIR ET AL.: "Synthesis and structure determination of a new series of hydrogen storage alloys;RMg2Ni9(R=La,Ce,Pr,Nd,Sm and Gd) bulit from MgNi2 Laves-type layers alternating with AB5 layers", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *
张羊换等: "RE(RE=Nd,Sm,Pr)部分替代La对A2B7型合金电化学贮氢性能的影响", 《稀有金属》 *
黄理等: "稀土-镁-镍基贮氢电极合金的研究进展", 《稀有金属材料与工程》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514402A (zh) * 2016-01-27 2016-04-20 燕山大学 一种PuNi3型单相钕–镁–镍合金电极材料的制备方法
CN105514402B (zh) * 2016-01-27 2018-01-23 燕山大学 一种PuNi3型单相钕–镁–镍合金电极材料的制备方法
CN107201457A (zh) * 2017-06-30 2017-09-26 燕山大学 一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法
CN107201457B (zh) * 2017-06-30 2018-12-28 燕山大学 一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法
CN108511742A (zh) * 2018-03-20 2018-09-07 燕山大学 一种单相a2b7型超晶格镨–镁–镍基合金电极材料及其制备方法
CN108511742B (zh) * 2018-03-20 2020-10-16 燕山大学 一种单相a2b7型超晶格镨–镁–镍基合金电极材料及其制备方法
CN116219228A (zh) * 2023-03-03 2023-06-06 包头中科轩达新能源科技有限公司 一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法

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