[发明专利]一种(La,Nd,)-Mg-Ni双相超晶格储氢合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种(La,Nd,)‑Mg‑Ni双相超晶格储氢合金及其制备方法，合金具有A₂B₇和A₇B₂₃双相结构，其制备步骤为：选择金属单质，按照La_0.60Nd_0.15Mg_0.25Ni_3.25化学组成进行配料，La和Nd过量4 wt%，Mg过量22 wt%，采用中频感应熔炼法制备合金铸锭；取合金铸锭，放入特制的镍壳容器中密封，置于真空管式炉中，在‑0.02 MPa~0.02 MPa的氩气气氛下进行分步热处理。本发明通过控制镍壳体积与合金质量之比，调节易挥发元素挥发量，调节A侧与B侧元素的比例在A₇B₂₃与A₂B₇相之间；向合金中加入了Nd元素，弥补合金A侧含量较高而易腐蚀的缺点；通过分步热处理，消除合金中的杂相，并控制温度和时间，得到电化学性能优异的A₂B₇‑A₇B₂₃双相合金。

背景技术

La-Mg-Ni基储氢合金由于较高的容量和倍率放电性能，被认为是最有发展潜力的镍氢电池负极材料之一。该类合金具有特殊的超晶格合金相，是由[A₂B₄]和[AB₅]亚晶格延c轴方向堆垛而成，目前发现的超晶格结构合金相主要包括AB₃型相、A₂B₇型相、A₅B₁₉型相和AB₄型相，其[A₂B₄]与[AB₅]亚晶格的比例分别为1:1、1:2、1:3和1:4。其中，A₂B₇型合金相具有较为好的电化学性能。但其综合电化学性能尤其是能量密度和循环稳定性仍有待提高。

近期，Li等在La₂Mg(Ni_0.8,Co_0.2)₉合金中，首次发现了一种新的超晶格合金相，其[A₂B₄]与[AB₅]亚晶格的比例为2:3，为A₇B₂₃型合金相。据报道，该合金相具有良好的放电容量和循环稳定性 [J. Power Sources 441 (2019) 126667]。但是，该报道中的La₂Mg(Ni_0.8,Co_0.2)₉合金为AB₃-A₇B₂₃-A₂B₇三相结构，其中的AB₃不但在循环过程中结构稳定性差，而且由于A侧元素含量较高，容易被氧化腐蚀，从而导致容量降低。因此，将AB₃相从AB₃-A₇B₂₃-A₂B₇中剥离出去，很可能进一步提高合金的循环稳定性，从而得到性能优越的镍氢电池负极材料。

此外，有报道表明，Nd元素由于在电解液（一般为6 M KOH溶液）中可以通过生成一层氧化薄膜，大大减缓材料进一步腐蚀，而且Nd的加入对合金容量不会造成不良影响 [IntJ hydrogen energ 34 (2009) 1399 – 1404]。因此将Nd加入到La-Mg-Ni基合金中，制备出的La-Nd-Mg-Ni基A₂B₇-A₇B₂₃双相超晶格储氢合金有望具有更为优越的电化学性能。但是目前尚未见相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优越的电化学性能的 (La,Nd,)-Mg-Ni 双相超晶格储氢合金及其制备方法。