Si对La-Mg-Ni系A2B7型贮氢合金循环稳定性作用机理的研究

La-Mg-Ni系（A2B7型）贮氢合金具有高的放电容量（>400 mAh/g）和优良的室温可逆吸放氢性能，且生产成本低廉，因而被认为具有重大的发展前途和广泛的应用前景，其唯一不足是合金的循环稳定性较差。申请者最近的研究结果表明，在A2B7型合金中添加适量的Si并经适当的快淬处理后，可大幅度提高合金的循环稳定性，从根本上解决了该系合金循环稳定性差问题。但Si提高合金循环稳定性的机理目前尚不清楚。本项目拟从建立Si的加入量及快淬工艺与合金的循环稳定性的关系入手，深入研究Si的加入对合金相组成、相结构以及合金表面状态的影响，掌握含Si的La-Mg-Ni系A2B7型合金在电化学循环过程中的微结构演化及表面状态的变化，从根本上弄清Si对La-Mg-Ni系A2B7型合金循环稳定性的作用机理。这对于加速该合金实用化进程具有重要意义，为解决含镁合金循环稳定性差的共性问题提供科学的依据。

La-Mg-Ni系（A2B7型）贮氢合金具有高的放电容量（>400 mAh/g）和优良的室温可逆吸放氢性能，且生产成本低廉，因而被认为具有重大的发展前途和广泛的应用前景，其唯一不足是合金的循环稳定性较差。本项在合金中添加少量Si，并用真空感应熔炼制备了系列A2B7型贮氢合金。并对铸态合金分别进行了退火及快淬处理。研究了添加Si对A2B7型合金结构及电化学性能的影响。获得如下重要的研究结果：.在一定压力的氦气保护下，可以有效地抑制Mg在感应熔炼过程中的挥发，能准确控制合金中的Mg含量；.在各种状态下，A2B7型合金具有多相结构，包括两个主相(La,Mg)2Ni7和LaNi5，以及一个残留相LaNi3。添加Si均不改变合金的相组成，但使(La,Mg)2Ni7相增加而LaNi5相减少。同时，添加Si使主相的晶格常数及晶胞体积明显增大，说明Si在两个主相中以固溶的形式存在。电化学测试的结果表明，添加Si显著改善合金的电化学循环稳定性，但同时导致容量明显降低。Si提高合金循环稳定性的机理主要是增加了LaNi5相的含量以及增加晶胞体积，提高了合金的抗腐蚀氧化以及抗粉化能力。.研究同时发现，A2B7型合金经快淬处理后，可以获得具有微晶+纳米晶+少量非晶结构，具有这种结构的合金，具有优良的综合电化学贮氢性能。特别是以少量Zr替代La可以明显提高合金的非晶形成能力，快淬后在合金中形成少量非晶相，大幅度提高合金的电化学循环稳定性。.在A2B7合金中添加Si，同时用RE(RE=Sm， Pr，Nd，Ce)替代合金中的La，可以更加显著地提高合金的电化学循环稳定性，同时，合金的放电容量及高倍率放电性能得到不同程度的改善。(RE=Sm， Pr，Nd)替代La改善循环稳定性的机理是元素替代改变了合金中各相的含量，同时使合金的晶粒明显细化。.退火处理可以显著改善铸态合金的电化学循环稳定性并提高放电容量，表明成分偏析对合金的性能影响明显。除合金的成分外，合金的电化学性能对晶粒大小敏感，过高的退火温度会使合金的晶粒粗化，从而导致电化学性能下降。.提高A2B7型合金的循环稳定性是亟待解决的关键科学问题，上述成果为这些问题的解决提供了切实可行的途径，对于推动新型高性能La-Mg-Ni系贮氢材料的研究及应用具有重要的理论与实际意义。