一种钒基储氢合金及其制备方法和用途技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种钒基储氢合金及其制备方法和用途
本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的有益效果是：本专利技术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为本专利技术合金电极V2Ti0.5Cr0.5NiLax(x＝0.02～0.10)的活化性能曲线；图2为本专利技术合金电极V2Ti0.5Cr0.5NiLax(x＝0.02～0.10)的高倍率放电性能；图3为本专利技术合金V2Ti0.5Cr0.5NiCex(x＝0.00～0.10)的循环次数与放电容量关系；图4为本专利技术合金电极V2Ti0.5Cr0.5NiCex(x＝0～0.10)的高倍率放电性能；图5为本专利技术合金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专利技术进一步说明。本专利技术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，本专利技术材料在(303±0.5)K和60mA/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压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒基储氢合金，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.一种钒基储氢合金，其特征在于：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。2.如权利要求1所述的一种钒基储氢合金，其特征在于：所述M为La、Ce和Y中的至少一种。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：所述化学式中0.02≤x≤0.1。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...

【专利技术属性】
技术研发人员：同艳维，崔旭梅，张雪峰，李娜丽，邓刚，王舟，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：四川,51