CN105349865B - 一种稀土合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稀土合金，其化学组成式为RExFe39‑y‑zMgyNizB22‑x，式中：0＜x＜22，y＞0，z＞0，且y+z＜39；其中的RE包括轻稀土和重稀土，并且轻稀土与重稀土的物质的量之比为1：0.53～0.88，所述轻稀土为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕或钆中的任一种或几种，所述重稀土为铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥或钪中的任一种或几种。本发明稀土合金的储氢量在6wt％左右，并且，该稀土合金电极具有良好的活化性能，其放电容量大于400mAh/g，倍率放电能力优异，具有良好的动力学性能；该稀土合金由于特有的组成和结构而具有良好的耐腐蚀性能和较小的吸放氢膨胀率，从而具有良好的充放电或吸放氢循环稳定性。

Description

一种稀土合金
技术领域
发明涉及一种稀土合金，属于稀土合金应用技术领域。
背景技术
稀土元素是一族化学活性很强的典型金属，在一定的外界条件下，能够与金属如铝、铁、钴、镍等及非金属如氢、氮、碳、硫和磷等相互作用生成不同的化合物。其中的金属氢化物的特性具有极为重要的实用价值，尤其是作为镍氢电池的负极材料具有重要的实际意义。
稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物ReH2，这种氢化物甚至加热到800℃以上才会分解。而在稀土金属中加入某些第二种金属形成合金后，在较低温度下也可吸放氢气，通常将这种合金称为稀土储氢合金。目前研究的主要有La-Ni系储氢合金和La-Mg-Ni系储氢合金(包括AB3型和A2B7型)，后者相对前者具有更高的储氢容量，但其活化性能、循环寿命等需要进一步提高，是目前稀土储氢的研究重点。
现有储氢合金电极的放电能力有限，储氢合金的储氢量普遍低于2wt.％，这对于某些领域(如燃料电池)是远远不够的。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种稀土合金。。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种稀土合金，其化学组成式为RExFe39-y-zMgyNizB22-x，式中：0＜x＜22，y＞0，z＞0，且y+z＜39；其中的RE包括轻稀土和重稀土，并且，轻稀土与重稀土的物质的量之比为1：0.53～0.88，所述轻稀土为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕或钆中的任一种或几种，所述重稀土为铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥或钪中的任一种或几种。
优选的，所述稀土合金的化学组成为RE6Fe17Mg13Ni9B16。
优选的，所述稀土合金的化学组成为RE5Fe15Mg12Ni12B17。
优选的，轻稀土与重稀土的物质的量之比为1：0.65～0.75。
进一步优选的，轻稀土与重稀土的物质的量之比为1：0.7。
作为其中一个优选方案，所述轻稀土为镧和钕的组合，所述重稀土为镥。
进一步优选的，镧和钕的物质的量之比为1：1。
作为另一个优选方案，所述轻稀土为铈，所述重稀土为镝和铒的组合。
进一步优选的，镝和铒的物质的量之比为1：1。
上述稀土合金可以应用所有储氢合金的制造方法，包括：高温熔炼铸造法、高温熔炼-快淬法、机械合金化法、粉末烧结法、高温熔炼-气体雾化法、还原扩散法、置换扩散法、燃烧合成法或自蔓延高温合成法以及化学方法。
所述稀土合金可采用热处理方法改善其组织结构和性能。
所述稀土合金可采用各种表面处理方法改善其性能。
本发明的有益效果：本发明稀土合金的储氢量在6wt％左右，并且1该稀土合金电极具有良好的活化性能，其放电容量大于400mAh/g，倍率放电能力优异，具有良好的动力学性能；该稀土合金由于特有的组成和结构而具有良好的耐腐蚀性能和较小的吸放氢膨胀率，从而具有良好的充放电或吸放氢循环稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
本申请涉及的稀土合金可按照以下方法制备，该方法仅为举例说明，其完全可以按照其他的常规方法制备得到：
按照稀土合金的化学计量比，同时考虑其中各元素的熔炼烧损，计算并称量各组成元素(纯度均大于99.0％)作为制备稀土合金的原材料。采用电弧熔炼或中频感应熔炼工艺将称量好的原材料在氩气保护下经高温熔炼制成相应的稀土合金。
实施例1：
稀土合金的化学式为：La1.765Nd1.765Lu2.47Fe17Mg13Ni9B16。
实施例2：
稀土合金的化学式为：Ce3.04Dy0.98Er0.98Fe15Mg12Ni12B17。
实施例3：
稀土合金的化学式为：Pr3.19Tm2.81RE6Fe17Mg13Ni9B16。
实施例4：
稀土合金的化学式为：Sm3.27Tb1.73RE5Fe15Mg12Ni12B17。
试验例
(1)稀土合金的电化学特性
制备试验电极：
合金经机械破碎成200-300目的粉末，合金粉与羰基镍粉以1：4的质量比混合，在16MPa压力下制成用于测试的储氢负极(MH电极)，电极片周围通过点焊保证电极片与镍网之间的紧密接触。
测试电化学性能的开口式二电极体系中的负极为MH电极，正极采用容量过剩的烧结Ni(OH)2/NiOOH电极，电解液为6mol/L KOH溶液，装配好的电池搁置24小时，应用LAND测试仪以恒电流法测定合金电极的电化学性能(活化次数、最高容量、高倍率放电能力HRD、循环稳定性等)，测试环境温度为298K，充电电流密度为70mA/g，充电时间6小时，放电电流密度70mA/g，放电截止电位为1.0V，充、放电间歇时间10分钟。测试结果见表1。
表1.实施例1～4样品的电化学特性
合金样品 Na Cmax b(mAh/g) S100 c(％) HRD350 d(％)
实施例1 1 400 98 95
实施例2 2 435 99 96
实施例3 2 420 98 96
实施例4 1 415 99 96
注：a是电极活化需要的循环次数；b是最大放电容量；c是循环100次的容量保持率；d是放电电流密度Id为350mA/g时的倍率放电能力。
从表1可以看出，实施例1～4的稀土合金电极具有良好的活化性能，其放电容量大于400mAh/g，倍率放电能力优异，具有良好的动力学性能；该稀土合金同时具有良好的充放电或吸放氢循环稳定性。
(2)稀土合金的吸放氢平台特性
应用Sievert法在313K测量合金的压力-组成等温线(P-c-T曲线)，结果见表2。
表2.实施例1～4样品的吸放氢平台特性
合金样品 合金储氢量(wt.％)
实施例1 5.8
实施例2 6.2
实施例3 6.0
实施例4 5.9
从表2中可以看出，实施例1～4的稀土合金，储氢量在6wt.％左右，具有良好的吸放氢平台特性。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种稀土合金，其特征在于，其化学组成式为RExFe39-y-zMgyNizB22-x，式中：0＜x＜22，y＞0，z＞0，且y+z＜39；其中的RE包括轻稀土和重稀土，并且，轻稀土与重稀土的物质的量之比为1：0.53～0.88，所述轻稀土为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕或钆中的任一种或几种，所述重稀土为铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥或钪中的任一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种稀土合金，其特征在于，所述稀土合金的化学组成为RE6Fe17Mg13Ni9B16。
3.根据权利要求1所述的一种稀土合金，其特征在于，所述稀土合金的化学组成为RE5Fe15Mg12Ni12B17。
4.根据权利要求1所述的一种稀土合金，其特征在于，轻稀土与重稀土的物质的量之比为1：0.65～0.75。
5.根据权利要求1所述的一种稀土合金，其特征在于，轻稀土与重稀土的物质的量之比为1：0.7。
6.根据权利要求1所述的一种稀土合金，其特征在于，所述轻稀土为镧和钕的组合，所述重稀土为镥。
7.根据权利要求6所述的一种稀土合金，其特征在于，镧和钕的物质的量之比为1：1。
8.根据权利要求1所述的一种稀土合金，其特征在于，所述轻稀土为铈，所述重稀土为镝和铒的组合。
9.根据权利要求8所述的一种稀土合金，其特征在于，镝和铒的物质的量之比为1：1。
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