專利名稱：一種氣體霧化微晶貯氫電極合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及貯氫材料，特別提供了一種1∶5型氣體霧化微晶貯氫電極合金。
貯氫材料是近十幾年迅速發(fā)展起來的一種功能材料，目前貯氫材料的主要制備方法有三種(1)目前已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的″鑄錠-破碎-球磨-篩分″工藝，該工藝主要優(yōu)點是投資少、見效快、適合大批量生產(chǎn)，主要缺點是①工藝較為復(fù)雜，工序多；②合金成分不易控制，成分均勻性差，容易產(chǎn)生成分偏析而使合金性能不穩(wěn)定；③工作環(huán)境差，粉塵污染比較嚴(yán)重；④制備的合金多數(shù)含鈷，故成本較高。(2)機(jī)械合金化工藝，即采用機(jī)械球磨的方法直接將合金原料合成貯氫合金，該工藝尚處于研究階段。(3)快速凝固工藝，包括兩種①快淬工藝，即將合金液流采用輥子快淬的辦法制成合金碎屑，然后再球磨。其優(yōu)點是成分均勻，偏析少。其缺點是需進(jìn)一步退火，也增加了一道球磨工序。②氣體霧化工藝，即將合金液流用高壓惰性氣體在真空霧化室中破碎成合金液滴，并與合金發(fā)生熱交換使之冷卻成固態(tài)合金粉末。其優(yōu)點是①成分均勻，偏析少；②顆粒呈球形，填充性能好；③一次霧化成粉，工藝筒單，成本低，更適宜規(guī)模生產(chǎn)；④由于是微晶合金(晶粒直徑d＜5μm)，使合金在吸放氫過程中抗粉化及腐蝕能力提高，從而使合金電極循環(huán)壽命提高。其存在的問題是合金的活化性能很差，需經(jīng)幾十個周期的吸放氫循環(huán)才能達(dá)到飽和吸氫，從而使合金電極制造周期長、成本增加。有資料報道，可以通過機(jī)械球磨來改善合金的活化性能，但機(jī)械球磨增加了一道工序。
本發(fā)明的目的在于提供一種1∶5型氣體霧化微晶貯氫電極合金，其在保持電化學(xué)容量高的同時，活化性能有顯著提高。
本發(fā)明提供了一種1∶5型氣體霧化微晶貯氫電極合金，其特征在于合金化學(xué)成份為(重量百分比)RENi Al Cu31～3850～601～84～8本發(fā)明還提供了上述合金優(yōu)化的制備工藝，其特征在于霧化溫度T＝1670～1770K霧化壓力P＝0.5～5.0MPa
質(zhì)流比Qm＝0.5～2.5霧化氣體為氮、惰性氣體。
或者，霧化氣體為氮、惰性氣體與氫氣的混合，氫氣的量不超過10％(體積比)。
從根本上說活化就是貯氫合金與氫原子發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到飽和吸氫量的過程，即，ΔHm為潛熱(反應(yīng)焓變)由于表面催化機(jī)理，氫原子在與貯氫合金反應(yīng)時應(yīng)在一定反應(yīng)界面上吸附，然后發(fā)生反應(yīng)進(jìn)入晶格，那么反應(yīng)界面便成為合金活化的必要條件。而要發(fā)生催化活化，要求反應(yīng)界面新鮮且足夠多或不斷有新鮮界面產(chǎn)生，它是影響活化速率的主要因素?；罨阅艿谋碚魍ǔＳ贸浞艢溲h(huán)次數(shù)表示，隨著次數(shù)增多，合金由于膨脹及收縮產(chǎn)生自破碎，從而使新鮮界面大最增加，活化速率加快。因而循環(huán)次數(shù)越少，表明活化速率越快，合金的活化性能越好。
本發(fā)明就是通過設(shè)計新的化學(xué)成分并控制合金的冷卻速率(通過控制霧化工藝來實現(xiàn))，使合金在凝固過程中沿晶界析出第二相，由于第二相的析出，使合金在吸放氫過程中，由于合金基體與第二相膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致在界面處形成微裂紋，隨著吸放氫的進(jìn)行，裂紋擴(kuò)展直至顆粒沿晶破碎，從而出現(xiàn)大量利于活化的新鮮反應(yīng)界面，加快了吸放氫反應(yīng)速率，合金的活化性能得到顯著改善。
本發(fā)明所提供合金活化次數(shù)1～3次；電化學(xué)容量280～320mAh/g，下面通過實施例詳述本發(fā)明。
附

圖1為活化次數(shù)與容量關(guān)系。
實施例1將合金原料按化學(xué)配比Rt31.0，Ni59.0，Al6.0，Cu4.0考慮燒損放入真空爐中，其中RE為市售的混合稀土，主要含鎂、鈰。熔煉成均勻合金，然后將其霧化成合金粉末，霧化工藝為霧化溫度1720K霧化壓力5.0MPa質(zhì)流比1.5制得的合金粉末過200目篩，將制備的合金粉末混入10wt％銅粉，再加入少許粘結(jié)劑(如3％PVA溶液)制成糊狀涂到泡沫鎳網(wǎng)上，涼干后冷壓成電池負(fù)極，用NiOOH做電池正極，并采用正極過量原則，電解液為6M KOH溶液，制成開口電池，用EMC裝置恒電流條件下測置合金的電化學(xué)性能。充電、放電電流為
第一及第二周期I充＝I放＝30mA/g第三周期I充＝I放＝60mA/g放電截止電壓為1.0V。
實施例2將合金原料按化學(xué)配比RE35.0，Ni57.0,Al3.0,Cu5.0考慮燒損放入真空爐中，熔煉成均勻合金，然后將其霧化成合金粉末，霧化工藝為霧化溫度1720K霧化壓力5.0MPa質(zhì)流比1.5制得的合金粉末過200目篩，將制備的合金粉末混入加wt％銅粉，再加入少許粘結(jié)劑(如3％PVA溶液)制成糊狀涂到泡沫鎳網(wǎng)上，涼干后冷壓成電池負(fù)極，用NiOOH做電池正極，并采用正極過量原則，電解液為6M KOH溶液，制成開口電池，用EMC裝置恒電流條件下測量合金的電化學(xué)性能。充電、放電電流為第一及第二周期I充＝I放＝30mA/g第三周期I充＝I放＝60mA/g放電截止電壓為1.0V。
實施例3將合金原料按化學(xué)配比RE37.0，Ni53.5，Al1.5，Cu8.0考慮燒損放入真空爐中，熔煉成均勻合金，然后將其霧化成合金粉末，霧化工藝為霧化溫度1720K霧化壓力5.0MPa質(zhì)流比1.5制得的合金粉末過200目篩，將制備的合金粉末混入10wt％銅粉，再加入少許粘結(jié)劑(如3％PVA溶液)制成糊狀涂到泡沫鎳網(wǎng)上，涼于后冷壓成電池負(fù)極，用NiOOH做電池正極，并采用正極過重原則，電解液為6M KOH溶液，制成開口電池，用EMC裝置恒電流條件下測量合金的電化學(xué)性能。充電、放電電流為第一及第二周期I充＝I放＝30mA/g第三周期I充＝I放＝60mA/g放電截止電壓為1.0V。
結(jié)果見表1，圖4。圖中，□實施例1，△實施例2，○實施例3。
表1
由此可見，合金電化學(xué)容量達(dá)280～320mAh/g，活化次數(shù)僅為1～3次。
權(quán)利要求
1. 一種1∶5型氣體霧化微晶貯氫電極合金，其特征在于合金化學(xué)成份為(重量百分比)RENi Al Cu31～3850～601～84～8
2. 一種權(quán)利要求1所述1∶5型氣體霧化微晶貯氫電極合金的制備方法，其特征在于霧化溫度T＝1670～1770K霧化壓力P＝0.5～5.0MPa質(zhì)流比Qm＝0.5～2.5霧化氣體為氮、惰性氣體或其混合。
3. 按權(quán)利要求2所述1∶5型氣體霧化微晶貯氫電極合金的制備方法，其特征在于霧化氣體中混入氫，氫氣的量不超過10％(體積比)。
全文摘要
一種1∶5型氣體霧化微晶貯氫電極合金，其特征在于合金化學(xué)成份為(重量百分比)RE31～38，Ni50～60，Al1～8，Cu4～8。本發(fā)明通過設(shè)計新的化學(xué)成分并控制合金的冷卻速率(通過控制霧化工藝來實現(xiàn)),使合金在凝固過程中沿晶界析出第二相，由于第二相的析出，使合金在吸放氫過程中，由于合金基體與第二相膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致在界面處形成微裂紋，隨著吸放氫的進(jìn)行，裂紋擴(kuò)展直至顆粒沿晶破碎，從而出現(xiàn)大量利于活化的新鮮反應(yīng)界面，加快了吸放氫反應(yīng)速率，合金的活化性能得到顯著改善。
文檔編號H01M4/26GK1239332SQ98114068
公開日1999年12月22日 申請日期1998年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月11日
發(fā)明者侯萬良 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所