V3TiNi0.56Mx(M=Al,Cr)贮氢合金耐碱液腐蚀性能研究

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钒基固溶体型贮氢合金由于其贮氢容量高、吸放氢速度快、可在室温下吸放氢等优点而具有广阔的发展前途,其最具前景的应用是制作镍氢二次电池的负极材料。V3TiNi0.56合金是己筛选出的具有良好性能的三元钒基贮氢合金之一,其电化学容量达420mAh/g,但目前由于其循环寿命短、耐KOH电解质溶液腐蚀性能差等原因限制了它的产业化应用。本文针对V3TiNi0.56Mx(M=Al,Cr;x=0.1,0.3)合金用作Ni-MH二次电池时的工作条件,即静置、充电和放电三种工作状态,试验研究了合金在三种状态下的耐碱液腐蚀性能,以及Al、Cr元素对合金耐腐蚀性能的影响,探讨了V3TiNi0.56Mx合金在用作Ni-MH电池时的腐蚀机制。研究结果如下:①用自蔓延高温合成法制备的钒基固溶体贮氢合金V3TiNi0.56Al(xx=0.1,0.3),由钒基固溶体主相、TiNi相和AlV3相构成,TiNi相和AlV3相以网状结构分布在晶界。V3TiNi0.56Crx(x=0,0.1,0.3)合金由钒基固溶体主相和呈网状结构分布在晶界的TiNi相构成。合金元素Al和Cr也主要分布在晶界。②从V3TiNi0.56Mx(M=Al,Cr;x=0.1,0.3)贮氢合金的腐蚀电位、交换电流密度、极限电流密度和交流阻抗谱的测试分析来看,合金耐碱液腐蚀性能随添加元素(Al、Cr)含量的增大而增强,说明添加Al、Cr能提高合金耐电解质KOH溶液腐蚀能力。主要分布在晶界中的Al、Cr元素都能减缓晶界中V、Ti氧化,使晶界处的TiNi相网状结构能够保持完好,从而提高合金的耐碱液腐蚀性能。③V3TiNi0.56Mx(M=Al,Cr;x=0.1,0.3)合金在6mol/L KOH溶液浸泡试验表明:合金用作Ni-MH电池负极在静置时会发生腐蚀,合金中Al、Cr元素含量越高,合金的耐碱液腐蚀性能越强。V3TiNi0.56Mx合金的耐碱液腐蚀性能按依次减小的顺序排列为:V3TiNi0.56Cr0.3、V3TiNi0.56Cr0.1、V3TiNi0.56Al0.3、V3TiNi0.56Al0.1。通过对合金元素标准电极电位的分析,合金中各元素的氧化先后顺序为:Al、Ti、V、Cr、Ni。④V3TiNi0.56Mx(M=Al,Cr;x=0.1,0.3)合金腐蚀的类型是点蚀和晶间腐蚀,主要是晶间腐蚀。合金中钒基固溶体主相和TiNi第二相都要发生氧化腐蚀,但TiNi相优先被氧化。腐蚀产生的氧化物主要为TiO2,还有部分V2O5,添加Al元素的合金有Al2O3,添加Cr元素的合金有Cr2O3。⑥钒基贮氢合金V3TiNi0.56Mx(M=Al,Cr;x=0.1,0.3)在充电和放电过程也会发生腐蚀,而且由于合金在充放电过程的电化学吸放氢,合金晶格体积发生了较大变化,导致合金表面产生裂纹甚至粉化,使合金-电解液界面不断更新,加快腐蚀速度。⑦V3TiNi0.56Mx合金静置、充电和放电过程腐蚀程度由弱到强依次为:静置过程、充电过程、放电过程。
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