CN109390580B - 一种钒基储氢合金及其制备方法和用途 - Google Patents

一种钒基储氢合金及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN109390580B
CN109390580B CN201811562922.6A CN201811562922A CN109390580B CN 109390580 B CN109390580 B CN 109390580B CN 201811562922 A CN201811562922 A CN 201811562922A CN 109390580 B CN109390580 B CN 109390580B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen storage
vanadium
alloy
storage alloy
based hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811562922.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109390580A (zh
Inventor
同艳维
崔旭梅
张雪峰
李娜丽
邓刚
王舟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panzhihua University
Original Assignee
Panzhihua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panzhihua University filed Critical Panzhihua University
Priority to CN201811562922.6A priority Critical patent/CN109390580B/zh
Publication of CN109390580A publication Critical patent/CN109390580A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109390580B publication Critical patent/CN109390580B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H01M10/30—Nickel accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钒基储氢合金，属于镍氢电池开发技术领域。该合金的化学式为V2TiNi0.5Cr0.5Mx，其中0＜x≤0.2，M为La、Ce、Y、Sc、Nd、Gd、Er和Yb中的至少一种。本发明考虑到稀土系贮氢合金和钒基贮氢合金的优缺点，采用V、Ti、Cr、Ni为基体合金，稀土中的La、Ce、Y、Sc、Nd、Gd、Er和Yb为改性金属，钒基贮氢合金中引入稀土元素后，一方面能够提高贮氢合金作为镍氢电池负极材料的放电容量，另一方面能够改善合金电极的电化学动力学性能。解决了现有镍氢电池在实际放电容量低和动力学性能方面不足的技术问题。

Description

一种钒基储氢合金及其制备方法和用途
技术领域
本发明公开了一种钒基储氢合金及其制备方法和用途，属于镍氢电池开发技术领域。
背景技术
镍氢电池是近年来国内外大力研究和发展的一种碱性可充电电池，具有比能量高、不污染环境、无记忆效应以及良好的耐过充过放特性，在通讯数码产品、电动工具、仪器仪表和玩具等领域应用越来越广泛，镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为Ni(OH)2(称NiO电极)，负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金(电极称储氢电极)。而现有镍氢电池实际放电容量低和动力学性能方面不足表现得更为明显。因此需要开发高容量、动力学性能好的贮氢合金作为镍氢电池负极材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有镍氢电池放电容量低和动力学性能方面差，造成成本高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钒基储氢合金，化学式为V2TiNi0.5Cr0.5Mx，其中0＜x≤0.2，M为La、Ce、Y、Sc、Nd、Gd、Er和Yb中的至少一种。
其中，上述合金中所述M为La、Ce和Y中的至少一种。
其中，上述合金中所述化学式中0.02≤x≤0.1。
其中，上述合金中主相是钒基固溶体相，二次相为TiNi相。
其中，上述合金的纯度大于99.9％。
其中，上述合金中的制备方法，将V、Ti、Ni、Cr和M按一定比例混合制得原料，并将原料放于真空非自耗熔炼炉中，抽真空至10-3Pa后，熔炼合金，水冷后取出即可。
其中，上述合金作为镍氢电池负极材料的用途。
本发明的有益效果是：本发明考虑到稀土系储氢合金和钒基储氢合金的优缺点，采用V、Ti、Cr、Ni为基体合金，稀土中的La、Ce、Y、Sc、Nd、Gd、Er和Yb至少一种为改性金属，钒基储氢合金中引入稀土元素后，一方面能够提高储氢合金作为镍氢电池负极材料的放电容量，另一方面能够改善合金电极的电化学动力学性能。
附图说明
图1为本发明合金电极V2Ti0.5Cr0.5NiLax(x＝0.02～0.10)的活化性能曲线；
图2为本发明合金电极V2Ti0.5Cr0.5NiLax(x＝0.02～0.10)的高倍率放电性能；
图3为本发明合金V2Ti0.5Cr0.5NiCex(x＝0.00～0.10)的循环次数与放电容量关系；
图4为本发明合金电极V2Ti0.5Cr0.5NiCex(x＝0～0.10)的高倍率放电性能；
图5为本发明合金V2Ti0.5Cr0.5NiYx(x＝0.02～0.0.08)的循环次数与放电容量关系。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明的一种钒基储氢合金，其化学式为V2TiNi0.5Cr0.5Mx，其中0＜x≤0.2，M为La、Ce、Y、Sc、Nd、Gd、Er和Yb中的至少一种。
优选的，上述合金中所述M为La、Ce和Y中的至少一种。
优选的，上述合金中所述化学式中0.02≤x≤0.1。
优选的，上述合金中主相是钒基固溶体相，二次相为TiNi相。
优选的，上述合金的纯度大于99.9％。
优选的，上述合金中的制备方法，将V、Ti、Ni、Cr和M按一定比例混合制得原料，并将原料放于真空非自耗熔炼炉中，抽真空至10-3Pa后，熔炼合金，水冷后取出即可。本领域技术人员能够理解的是，本装置通过将V、Ti、Ni、Cr和M按钒基储氢合金的化学式占比混合制得原料，通过现有技术的在真空非自耗熔炼炉中，抽真空至10-3Pa后，熔炼合金，水冷后取出即可制得该钒基储氢合金。
优选的，上述合金作为镍氢电池负极材料的用途。
实施例1
稀土改性的钒基储氢合金的化学式为V2TiNi0.5Cr0.5Mx，式中M为La，x＝0.02～0.15。
具体的制造方法是，按照化学计量比称取V、Ti、Ni、Cr和La颗粒或粉末，放入真空非自耗电弧熔炼炉中，抽真空至10-3Pa后，熔炼合金，水冷后取出。熔炼好的合金，装入氢化装置，反复吸放氢制备合金粉待组装电池用。
充放电性能测试：将储氢合金粉与羟基镍粉按照1：4比例混合均匀后，在20MPa压强下压制在泡沫镍片上，压样的直径为10mm，作为电池负极，正极采用烧结Ni(OH)2/NiOOH,Hg/HgO电极作为参比电极。电解液采用7mol/L的KOH溶液，测试环境温度保持在(303±0.5)K。充放电循环性能测试采用武汉金诺LAND测试系统，其中，充电流密度为100mA/g,恒流充电7h，静置5min后，以60mA/g恒流放电，放电截至电压为-0.6V(vs.Hg/HgO)，放电结束后静置5min。在50％的放电深度下静置30min，利用LAND扫描速率在5mV/min下，电位扫描范围-5～+5mV(相对于开路电位)进行线性极化的扫描。在满充状态下将电极静置30min后，以+500mV电位进行恒电位阶跃放电，放电时间为3600s，测试过程由电脑自动采集数据，得出附图1和附图2。且此时合金主要由钒基固溶体相，二次相为TiNi相组成。从附图1和附图2可以看出，不同的La含量对合金的放电容量和倍率性能的影响，合金电极的放电容量随着稀土La含量的增加，合金电极的放电容量先增大后减小，高倍率放电性能先增大后减小，该合金电合适的稀土La含量x的范围在0.02～0.06之间。
实施例2
稀土改性的钒基储氢合金的化学式为V2TiNi0.5Cr0.5Mx，式中，M为Ce，x＝0～0.1。
具体的制造方法是，按照化学计量比称取V、Ti、Ni、Cr和Ce颗粒或粉末，放入真空非自耗电弧熔炼炉中，抽真空至10-3Pa后，熔炼合金，水冷后取出。熔炼好的合金，装入氢化装置，反复吸放氢制备合金粉待组装电池用。
充放电性能测试：将储氢合金粉与羟基镍粉按照1：4比例混合均匀后，在20MPa压强下压制在泡沫镍片上，压样的直径为10mm，作为电池负极，正极采用烧结Ni(OH)2/NiOOH,Hg/HgO电极作为参比电极。电解液采用7mol/L的KOH溶液，测试环境温度保持在(303±0.5)K。充放电循环性能测试采用武汉金诺LAND测试系统，其中，充电流密度为100mA/g,恒流充电7h，静置5min后，以60mA/g恒流放电，放电截至电压为-0.6V(vs.Hg/HgO)，放电结束后静置5min。在50％的放电深度下静置30min，利用LAND扫描速率在5mV/min下，电位扫描范围-5～+5mV(相对于开路电位)进行线性极化的扫描。在满充状态下将电极静置30min后，以+500mV电位进行恒电位阶跃放电，放电时间为3600s，测试过程由电脑自动采集数据，得出附图1和附图2。且此时合金主要由钒基固溶体相，二次相为TiNi相组成。从附图3和附图4可以看出，本发明材料在(303±0.5)K和60m A/g放电条件下，随着稀土Ce含量，放电容量和高倍率性能先增大后减小，该合金电合适的稀土Ce含量x的取值范围在0.02～0.08之间。
实施例3
稀土改性的钒基储氢合金的化学式为V2TiNi0.5Cr0.5Mx，式中，M为Y，x＝0.02～0.08。
具体的制造方法是，按照化学计量比称取V、Ti、Ni、Cr和Y颗粒或粉末，放入真空非自耗电弧熔炼炉中，抽真空至10-3Pa后，熔炼合金，水冷后取出。熔炼好的合金，装入氢化装置，反复吸放氢制备合金粉待组装电池用。
充放电性能测试：将储氢合金粉与羟基镍粉按照1：4比例混合均匀后，在20MPa压强下压制在泡沫镍片上，压样的直径为10mm，作为电池负极，正极采用烧结Ni(OH)2/NiOOH,Hg/HgO电极作为参比电极。电解液采用7mol/L的KOH溶液，测试环境温度保持在(303±0.5)K。充放电循环性能测试采用武汉金诺LAND测试系统，其中，充电流密度为100mA/g,恒流充电7h，静置5min后，以60mA/g恒流放电，放电截至电压为-0.6V(vs.Hg/HgO)，放电结束后静置5min。在50％的放电深度下静置30min，利用LAND扫描速率在5mV/min下，电位扫描范围-5～+5mV(相对于开路电位)进行线性极化的扫描。在满充状态下将电极静置30min后，以+500mV电位进行恒电位阶跃放电，放电时间为3600s，测试过程由电脑自动采集数据，得出附图5。且此时合金主要由钒基固溶体相，二次相为TiNi相组成。从附图5可以看出，本发明材料在(303±0.5)K和60mA/g放电条件下，随着稀土Y含量，放电容量先增大后减小，该合金电合适的稀土Y含量x的取值范围在0.02～0.08之间。

Claims (7)

1.一种钒基储氢合金，其特征在于：其化学式为V2TiNi0.5Cr0.5Mx，M为La、Ce或Y；其中，当M为La时，x＝0.02～0.06；当M为Ce时，x＝0.06～0.08；当M为Y时，x为0.02～0.08。
2.如权利要求1所述的一种钒基储氢合金，其特征在于：当M为La时，x＝0.06；当M为Ce时，x＝0.08；当M为Y时，x为0.04～0.06。
3.如权利要求1或2所述的一种钒基储氢合金，其特征在于：当M为Y时，x为0.04。
4.如权利要求1所述的一种钒基储氢合金，其特征在于：主相是钒基固溶体相，二次相为TiNi相。
5.如权利要求1所述的一种钒基储氢合金，其特征在于：纯度大于99.9％。
6.权利要求1至5中的任一权利要求所述一种钒基储氢合金的制备方法，其特征在于：将V、Ti、Ni、Cr和M按一定比例混合制得原料，并将原料放于真空非自耗熔炼炉中，抽真空至10-3Pa后，熔炼合金，水冷后取出即可。
7.权利要求1至5的任一权利要求所述一种钒基储氢合金作为镍氢电池负极材料的用途。
CN201811562922.6A 2018-12-20 2018-12-20 一种钒基储氢合金及其制备方法和用途 Active CN109390580B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811562922.6A CN109390580B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 一种钒基储氢合金及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811562922.6A CN109390580B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 一种钒基储氢合金及其制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109390580A CN109390580A (zh) 2019-02-26
CN109390580B true CN109390580B (zh) 2022-06-21

Family

ID=65430572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811562922.6A Active CN109390580B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 一种钒基储氢合金及其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109390580B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113502424B (zh) * 2021-07-07 2022-08-05 中国科学院江西稀土研究院 一种低温活化型钒基储氢合金及其制备方法和应用
CN113857485A (zh) * 2021-08-17 2021-12-31 厚普清洁能源股份有限公司 一种低成本钒基储氢合金超细粉末及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1240837A (zh) * 1998-04-30 2000-01-12 丰田自动车株式会社 吸氢合金及吸氢合金电极
EP0755898B1 (en) * 1995-07-18 2000-05-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen storage alloy and electrode therefrom
CN107208201A (zh) * 2015-02-11 2017-09-26 巴斯夫公司 储氢合金

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160230253A1 (en) * 2015-02-11 2016-08-11 Basf Corporation Hydrogen Storage Alloys

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0755898B1 (en) * 1995-07-18 2000-05-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen storage alloy and electrode therefrom
CN1240837A (zh) * 1998-04-30 2000-01-12 丰田自动车株式会社 吸氢合金及吸氢合金电极
CN107208201A (zh) * 2015-02-11 2017-09-26 巴斯夫公司 储氢合金

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
稀土对Ti0.25V0.34Cr0.2Ni0.2合金相结构和电化学性能的影响;李佳，赵敏寿，侯春平，黄亮，朱新坚，曹广益;《稀有金属》;20071215;第31卷(第6期);772-777 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109390580A (zh) 2019-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3319152A1 (en) Doped conductive oxide and improved electrochemical energy storage device polar plate based on same
CN110729470B (zh) 一种液态或半液态金属电池的正极材料及制备方法和应用
CN107482209B (zh) 一种用于液态和半液态金属电池的正极材料
CN107275626B (zh) 一种单相ab4型超晶格储氢合金电极材料及其制备方法
CN110061285A (zh) 一种全固态锂电池及其制备方法
CN109390580B (zh) 一种钒基储氢合金及其制备方法和用途
CN102104146A (zh) 一种镍氢电池用无钴ab3.5型储氢合金负极材料及其制备方法
CN103456927B (zh) 含氧钒钛基贮氢电极合金及其制备方法
CN101740768B (zh) 贮氢合金及其制备方法和采用该贮氢合金的负极及电池
CN1235302C (zh) 镍－金属氢化物二次电池用贮氢合金制备和退火处理方法
CN102054982A (zh) 一种低温镍氢电池用La-Mg-Ni型负极储氢材料
CN204216174U (zh) 高低温超高倍率镍氢动力电池
CN106521382A (zh) 一种单相超晶格A5B19型La‑Mg‑Ni基贮氢合金的制备方法
CN108199009B (zh) 一种负极双面涂层的低温镍氢电池
CN107201457B (zh) 一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法
CN111118342A (zh) A2B7型RE-Sm-Ni系储氢合金、负极、电池及制备方法
CN109962242A (zh) 一种锌基电池用的添加剂
CN1173055C (zh) 镍-金属氢化物二次电池用新型稀土系贮氢电极合金
CN102569754A (zh) 镍氢电池用稀土-镁-镍-铝系储氢合金及所制成的镍氢电池
CN102403490A (zh) 镍氢电池用低自放电稀土-镁-镍-铝系储氢合金及其镍氢电池
CN114335510A (zh) 一种耐过充ab5型宽温区镍氢电池负极材料及其制备方法
CN103855371B (zh) 一种镁基贮氢电极合金氢化物及其制备方法和应用
US5645953A (en) Secondary battery and method for controlling the self-discharge of a nickel/metal hydride secondary battery
CN102544598B (zh) 一种碱性二次电池电解液及其配制方法
CN110808365A (zh) 一种高性能过渡金属氧化物负极材料及电池的组装方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant