A5B19型含钆储氢合金、负极及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种A

【技术实现步骤摘要】
A5B19型含钆储氢合金、负极及制备方法
本专利技术涉及一种A5B19型储氢合金、负极及制备方法。
技术介绍
氢能作为全球能源转型升级的绿色能源，正在逐步成为能源市场的主角。储氢合金是上世纪60年代末发现的一类具有高储氢密度的功能材料。稀土储氢合金作为重要的能源储存和转换材料，与氢反应生成金属氢化物，在特定温度及压力条件下可大量吸氢和放氢，且吸/放氢反应快、可逆性优良，能够实现氢能的规模化开发与利用。稀土储氢合金具有优良的动力学性能和电化学性能，通常用作镍氢(MH-Ni)二次电池负极材料。CN1072268C公开了一种稀土类金属-镍系吸氢合金。该储氢合金的组成式为(R1-xLx)(Ni1-yMy)z；其中R为La、Ce、Pr、Nd或其混合元素；L表示：Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc、Mg、Ca及其混合元素；M为Co、Al、Mn、Fe、Cu、Zr、Ti、Mo、Si、V、Cr、Nb、Hf、Ta、W、B、C或其混合元素；x、y、z分别为0.05≤x≤0.4；0≤y≤0.5；3.0≤z＜4.5。该储氢合金具有较高的最大放电容量，但是使用寿命和电化学活化性能有待于提高。CN101376941A公开了一种贮氢合金。该贮氢合金的组分式为LaaM(1-a)NixCuyFezCouMnvAlw表示的组成，其中M表示除镧之外的稀土金属中的至少两种，a、x、y、z、u、v、w分别为La、Ni、Cu、Fe、Co、Mn和Al的摩尔分数；0.5≤a≤0.8，2.6≤x≤3.2，0.5≤y≤0.9，0.1≤z≤0.2，0.05≤u≤0.1，0.4≤v≤0.6，0.2≤w≤0.4，4.8≤x+y+z+u+v+w≤5.3。该贮氢合金最大放电容量不佳，活化周期较长。CN108172807A公开了一种多元素单相A5B19型超晶格储氢合金电极材料La1-a-b-c-d-ePraNdbSmcGddMgeNik-x-y-zCoxAlyMnz，a、b、c、d、e、k、x、y和z表示摩尔比，其数值范围为：0≤a≤0.05，0≤b≤0.15，0≤c≤0.20，0≤d≤0.05，0.16≤e≤0.30，3.65≤k≤3.80，0≤x≤0.20，0.05≤y≤0.20，0≤z≤0.20。该贮氢合金电极材料含有金属元素Mg，生产成本高，且具有很大的安全隐患。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本申请的专利技术人进行了深入研究。本专利技术的一个目的在于提供一种A5B19型含钆储氢合金，该储氢合金的最大放电容量和使用寿命均得到提高；进一步地，该储氢合金具有优异的电化学活化性能；更进一步地，该储氢合金具有改进的放电性能，尤其是自放电性能和倍率放电性能。本专利技术的另一个目的在于提供上述储氢合金的制备方法。本专利技术的再一个目的在于提供一种负极。本专利技术采用如下技术方案实现上述目的。一方面，本专利技术提供一种A5B19型含钆储氢合金，其具有式(1)表示的组成：REuGdvNiw-a-b-cMnaAlbMc(1)其中，RE选自除Gd以外的稀土金属元素中的一种或多种；M选自Zn、V、W、Cu、Fe、Sn、Cr、Mo和Si元素中的一种或多种；u、v、w、a、b、c分别表示各元素的摩尔分数；其中，u>0，v>0.1，u+v＝3；13>w≥11，4≥a+b>0，2≥c≥0。根据本专利技术所述的含钆储氢合金，优选地，2.5≥v/u≥1.6。根据本专利技术所述的含钆储氢合金，优选地，12.5>w≥11，2≥a+b>0.5。根据本专利技术所述的含钆储氢合金，优选地，0.5≥c≥0。根据本专利技术所述的含钆储氢合金，优选地，所述储氢合金不含有金属元素Mg和Co。根据本专利技术所述的含钆储氢合金，优选地，RE选自Pr、Nd、La、Ce、Y、Sm和Sc元素中一种或多种。根据本专利技术所述的含钆储氢合金，优选地，v/u＝2；且RE中含有La，La为RE总摩尔数的50～100mol％。根据本专利技术所述的含钆储氢合金，优选地，其具有如下式之一表示的组成：LaGd2Ni10.2Mn0.5Al0.3，LaGd2Ni10.6Mn0.5Al0.3，LaGd2Ni11.7Mn0.5Al0.3，LaGd2Ni10.6Mn0.8，LaGd2Ni9.9Mn1.5，LaGd2Ni10.6Al0.8，LaGd2Ni9.4Mn1.5Al0.5，La0.5Ce0.5Gd2Ni10.6Mn0.5Al0.3，La0.8Ce0.2Gd2Ni10.4Mn0.5Al0.5，LaGd2Ni10.4Mn0.5Al0.3Cu0.2，LaGd2Ni10.1Mn0.5Al0.3Zn0.5，La0.7Ce0.3Gd2Ni10.3Mn0.5Al0.3Fe0.3，LaGd2Ni9.9MnAl0.5，La0.8Ce0.2Gd2Ni9.9MnAl0.5，La0.8Ce0.2Gd2Ni9.4Mn1.2Al0.8，或La0.8Ce0.2Gd2Ni10.4Al。另一方面，本专利技术还提供如上所述的含钆储氢合金的制备方法，包括如下步骤：将原料置于真空熔炼炉中加热熔炼，得到熔炼产物；将熔炼产物形成合金片或者合金锭；将合金片或合金锭置于热处理炉中进行热处理，得到含钆储氢合金。再一方面，本专利技术还提供一种负极，其包括如上所述的含钆储氢合金。本专利技术的A5B19型含钆储氢合金含有钆及其他至少一种稀土金属元素，在提高储氢合金的最大放电容量的同时延长了使用寿命。进一步地，通过选择RE元素的种类及调整各元素之间的比例，可以提高储氢合金的电活化性能。更进一步地，本专利技术改善了储氢合金的放电性能，尤其是自放电性能和倍率放电性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。在本专利技术中，绝对真空度表示容器中的实际压力。相对真空度表示容器压力与1个标准大气压的差值。惰性气体包括氮气或氩气等。<储氢合金>本专利技术的A5B19型含钆储氢合金具有式(1)表示的组成：REuGdvNiw-a-b-cMnaAlbMc(1)。本专利技术的储氢合金不含Mg；优选地，所述储氢合金也不含有Co；更优选地，除了含有一些不可避免的杂质，不再添加其他额外的成分。a表示金属元素Mn的摩尔分数；b表示金属元素Al的摩尔分数。4≥a+b>0；优选地，3≥a+b≥0.5；更优选地，2≥a+b≥0.5。本专利技术将Mn和Al两种金属元素控制在上述范围内，可以显著改善储氢合金电池的电化学性能，尤其是放电性能和电化学活化性能。M选自Zn、V、W、Cu、Fe、Sn、Cr、Mo和Si元素中的一种或多种；优选地，M选自Zn、V、W、Cu和Fe元素中的一种或多种；更优选地，M选自Zn、Cu和Fe元素中的一种或多种。c表示金属元素M的摩尔分数。在本专利技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种A

【技术特征摘要】
1.一种A5B19型含钆储氢合金，其特征在于，其具有式(1)表示的组成：
REuGdvNiw-a-b-cMnaAlbMc(1)
其中，RE选自稀土金属元素中的一种或多种，但Gd除外；M选自Zn、V、W、Cu、Fe、Sn、Cr、Mo和Si元素中的一种或多种；u、v、w、a、b、c分别表示各元素的摩尔分数；
其中，u>0，v>0.1，u+v＝3；13>w≥11，4≥a+b>0，2≥c≥0。


2.根据权利要求1所述的含钆储氢合金，其特征在于，2.5≥v/u≥1.6。


3.根据权利要求2所述的含钆储氢合金，其特征在于，12.5>w≥11，2≥a+b>0.5。


4.根据权利要求3所述的含钆储氢合金，其特征在于，0.5≥c≥0。


5.根据权利要求1所述的含钆储氢合金，其特征在于，所述储氢合金不含有Mg和Co。


6.根据权利要求1所述的含钆储氢合金，其特征在于，RE选自Pr、Nd、La、Ce、Y、Sm和Sc元素中一种或多种。


7.根据权利要求5所述的含钆储氢合金，其特征在于，v/u＝2；且RE中含有La，La为RE总摩尔数的50～100mol％。


8.根据权利要求1所述的含钆储氢合金，其特征在于，其具有如下式之一表示的组成：...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫慧忠，周淑娟，张旭，赵玉园，徐津，李金，王利，李宝犬，郑天仓，熊玮，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，
类型：发明
国别省市：内蒙;15