镍氢(mh-ni)电池自1989年商业化以来,其负极材料主要是lani5型储氢合金。随着镍氢电池制备技术的不断提升以及性能的极大提高,其应用领域更加广泛,对电池材料性能的要求也越来越高,特别是与电池能量密度密切相关的电极材料的容量性能。电池的容量主要是由电池正、负极的容量确定的,但正极氢氧化亚镍的容量提高已经有限,因此人们就把研究重点放在了负极储氢合金的研究上面。
lani5型储氢负极合金的实际最大容量(350 mah g–1)已经接近其理论值(372 mah g–1),进一步提高相当困难,因此,必需研究开发具有更高容量的新型储氢合金。
近年来,高容量la-mg-ni系储氢合金(理论容量超过400 mah g–1,实际最大容量390 mah g–1)的研究获得了许多有价值的成果,已产业化并应用于制造低自放电镍氢电池和某些高容量镍氢电池。但la-mg-ni合金的制备工艺成本高或工艺过程复杂,主要原因在于:合金中必需含有的活泼金属元素mg的蒸汽压高,易挥发,使得高温熔炼合金的成分难以控制,同时挥发的微细镁粉易燃易爆而存在安全隐患。国内主要使用高价值的氦气作为保护气制备la-mg-ni合金,日本采用熔炼la-ni合金然后扩散mg的二次制备工艺技术。
为了解决la-mg-ni基储氢合金制备工艺存在的问题,包头稀土研究院储氢材料项目组经过多次试验研究发现,用y元素替代la-mg-ni基储氢合金中的mg元素,获得了同样高容量的la-y-ni储氢合金,可直接用真空感应熔炼法制备。2014年以来,开发的a2b7型la-y-ni储氢合金经合理的成分优化后实际放电容量可达到390 mah g–1,气相储氢量可达到1.49 wt%(相应的电化学容量为399 mah g–1),与la-mg-ni基储氢合金的容量相当,而且由于不含活泼的mg元素,循环寿命更好。该系列合金已申报8项国家发明专利(已授权5项),申报1项国际pct发明专利(进入日本、美国)。
目前正在按照镍氢电池对高容量和低自放电氢化物负极材料的要求,进一步评价和改进la-y-ni系储氢合金的性能,同时建成了储氢合金中试生产线和小型镍氢电池中试线,开展la-y-ni系储氢合金的中试研究和应用评价工作。