稀土儲氫材料的現(xiàn)狀及進(jìn)展與趨勢-課件

稀土儲氫材料的

現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢稀土儲氫材料的

現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1一、稀土儲氫材料應(yīng)用市場二、稀土儲氫材料產(chǎn)業(yè)三、稀土儲氫材料技術(shù)四、稀土儲氫材料發(fā)展趨勢一、稀土儲氫材料應(yīng)用市場2稀土儲氫材料主要有兩類：LaNi5型儲氫合金（AB5型）和La-Mg-Ni系儲氫合金（AB3型、A2B7型）。類型AB5AB3-3.5合金LaNi5MmNi5LaNi3CaNi3La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5氫化物L(fēng)aNi5H6MmNi5H6.3LaNi3H4.5CaNi3H4.4La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5H4.73吸氫量/wt.%1.41.41.42.01.6放氫壓（溫度）/MPa（℃）0.4（50）3.4（80）無平臺0.04（20）0.06（60）氫化物生成熱/kJ·mol-1H2－30.1－26.4－35.0稀土儲氫材料應(yīng)用市場稀土儲氫材料主要有兩類：LaNi5型儲氫合金（3用途主要原理電極材料金屬氫化物（MH）電極，氫氣的電化學(xué)吸收/釋放介質(zhì)。MH/Ni電池，MH/Air電池。貯氫材料氫氣直接貯存和運輸介質(zhì)。儲氫罐，燃料電池供氫裝置。蓄熱材料金屬氫化物反應(yīng)熱效應(yīng)。余熱儲存，熱能傳輸，熱泵（空調(diào)）。壓力傳動材料金屬氫化物反應(yīng)壓力-溫度關(guān)系。壓縮機(jī)、壓力傳感器。氫分離材料對氫或氫的同位素選擇性吸收。催化材料為有氫參與的反應(yīng)提供高活性的氫源。儲能材料電能、風(fēng)能等的調(diào)節(jié)。稀土儲氫材料應(yīng)用市場用途主要原理電極材料金屬氫化物（MH）電極，氫氣的電化學(xué)吸收4鎳氫電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、動力學(xué)性能良好、環(huán)境友好和安全性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動工具、混合電動車（HEV）。就技術(shù)水平看，在各類動力電池中，鎳氫電池的綜合優(yōu)勢最為明顯。HEV用鎳氫電池的使用壽命達(dá)到了8年或者是16萬公里。目前85%HEV采用鎳氫電池，未來一段時間鎳氫動力電池仍是油電混合車或電動汽車的首選電源。稀土儲氫材料應(yīng)用市場鎳氫電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、動力學(xué)性5為了適應(yīng)多種鎳氫電池的要求，儲氫合金的品種分為常規(guī)型、高容量型、功率（動力）型、低溫型、高溫型、低自放電型等。類型AB5型AB3型A2B7型理論放電容量（mAh/g）372480430實際放電容量（mAh/g）340420410循環(huán)壽命（次，60%）1000＞300＞500稀土儲氫材料應(yīng)用市場為了適應(yīng)多種鎳氫電池的要求，儲氫合金的品種分6以MmNi4.5Al0.5合金儲氫裝置為例，該儲氫系統(tǒng)與15MPa高壓氣瓶貯氫方式相比，在相同儲氫量下，其容器體積僅為高壓氣瓶的1/4，并且容器壓力降到1MPa以下，提高了安全性，同時還提高了氫的純度（可得到99.9999%的高純氫），可提高燃料電池效率和壽命。

儲氫能力比較

為促進(jìn)燃料電池的實用化，近些年固態(tài)金屬氫化物儲氫技術(shù)受到關(guān)注，其特點是：體積儲氫密度高；安全性好；不需要高壓容器和隔熱容器；可得到高純度氫。儲存4kgH2的體積比較稀土儲氫材料應(yīng)用市場以MmNi4.5Al0.5合金儲氫裝置為例，7LaNi5型儲氫電極合金已于上世紀(jì)90年代初在日本和中國先后實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。目前，國內(nèi)外稀土系儲氫合金主要產(chǎn)品為LaNi5型，全球稀土儲氫合金的年產(chǎn)量大約為3萬噸。

2019年以來，中國稀土儲氫材料和鎳氫電池的產(chǎn)量超過日本，儲氫合金產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的60%以上，成為全球最大的生產(chǎn)國。目前全國有10余家儲氫合金生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)能約2.4萬噸。2009年我國儲氫合金產(chǎn)量1.75萬噸，比2019年（1.73萬噸）增加1.16%。國內(nèi)應(yīng)用量6200噸，與2019年（6160噸）基本持平。稀土儲氫材料產(chǎn)業(yè)LaNi5型儲氫電極合金已于上世紀(jì)90年代初8表22019-2009年我國稀土儲氫合金及小型鎳氫電池生產(chǎn)情況（萬噸，億支）年份201920192019201920192009合計儲氫合金產(chǎn)能1.061.752.252.402.402.4012.26儲氫合金產(chǎn)量0.601.301.501.861.731.758.74合金國內(nèi)消耗量0.200.430.500.620.620.622.99電池產(chǎn)能8.012.014.715*1515*79.7電池產(chǎn)量6.011.013141211*67.0電池出口量/7.069.139.41*8.677.6541.92*為估計值中國主要生產(chǎn)傳統(tǒng)鎳氫電池用LaNi5型儲氫合金。日本主要生產(chǎn)HEV用鎳氫動力電池的功率型LaNi5儲氫合金，年產(chǎn)量在5000噸左右。2019年，日本開發(fā)出低自放電鎳氫電池用新型稀土系La-Mg-Ni型儲氫合金粉，年產(chǎn)量在6500噸左右。

稀土儲氫材料產(chǎn)業(yè)表22019-2009年我國稀土儲氫合金及小型鎳氫電池生92009年11月，全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會審定了中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬氫化物-鎳電池負(fù)極用稀土系A(chǔ)B5型貯氫合金粉》，對主要產(chǎn)品牌號及電化學(xué)性能做了規(guī)定。牌號類型電化學(xué)性能（25℃±2℃）比容量/（mAh/g）循環(huán)壽命(次)300mA/g放電容量/（mAh/g）206000普通型≥310≥500≥275206001功率型≥300≥500≥285206002高容量型≥330≥300≥280稀土儲氫材料產(chǎn)業(yè)

稀土系A(chǔ)B5型貯氫合金粉產(chǎn)品牌號及電化學(xué)性能2009年11月，全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會審定了中華人10稀土儲氫材料技術(shù)調(diào)整組成：元素替代；非化學(xué)計量比。提高材料性價比。稀土儲氫材料技術(shù)調(diào)整組成：元素替代；非化學(xué)計量比。11儲氫材料兩側(cè)元素對性能的影響A元素的影響B(tài)元素的影響La含量高，合金容量高，平臺壓低，耐蝕性差。Ce含量高，與La效果相反。Pr、Nd介于兩者之間。Zr部分代替稀土元素，初始容量下降，循環(huán)壽命改善。Ni：在AB5合金中，含量低，吸氫量增大，氫化物穩(wěn)定，可逆氫量下降。含量高，吸氫能力低，富有韌性，有抑制粉化的作用。在表面組織上，起催化、集電和防止合金氧化的作用。在MgNi合金中，加入過量Ni，可顯著改善循環(huán)特性，增加放電容量。Co：在AB5合金中，抑制合金粉化；提高電極壽命；改善電極活化性能及快速充放電能力。容量有下降趨勢，高倍率放電能力下降。Mn：部分取代Ni后對合金的活化、穩(wěn)定性及吸放氫速度均有好處，降低氫平衡壓。含量為0.2～0.8，循環(huán)壽命增加；大于0.8時壽命下降。Al：增加抗腐蝕性，同時降低吸放氫速度。稀土儲氫材料技術(shù)儲氫材料兩側(cè)元素對性能的影響A元素的影響B(tài)元素的影響La含量12非化學(xué)計量的影響通式：ABx±y或A1±xBy稀土儲氫材料技術(shù)如AB5當(dāng)B/A＜5.0時，平衡氫壓降低，循環(huán)壽命下降。當(dāng)B/A＞5.0時，初容量下降，循環(huán)壽命增加。非化學(xué)計量的影響稀土儲氫材料技術(shù)如AB513儲氫材料制造方法及特征制造方法錠模鑄造法（水冷）氣體霧化法（高壓惰氣噴射）熔體淬冷法（單輥法和雙輥法）冷卻速度/K·S-1T×10T×102～104T×102～104T×104～106合金形狀錠模決定球狀薄片狀帶狀結(jié)晶集合組織——等軸晶柱狀晶柱狀晶結(jié)晶粒徑/μm10～100＜20＜20＜10晶格變形程度大大小小性能特點合金組織或組成不均質(zhì)，平臺傾斜。破碎制得粉末為不規(guī)則多邊形。優(yōu)點：直接制取球形合金粉，可防止組分偏析，縮短工藝，減少污染。缺點：平臺平坦性差抑制宏觀偏析，析出物微細(xì)化，電極壽命長（耐蝕性較好）；吸放氫特性好（平臺的平坦性好），容量高；晶粒細(xì)化，微晶晶界多，吸放氫速度快，高倍率放電性能優(yōu)良。稀土儲氫材料技術(shù)儲氫材料制造方法及特征制造方法錠模鑄造法氣體霧化法熔體淬冷法14稀土儲氫材料技術(shù)稀土類合金不同鑄造法的p-c-T模式圖

冷卻速度對合金電化學(xué)性能的影響冷卻方式活化性能容量倍率性能循環(huán)壽命常冷（NC）較好較高較好較差淬冷（RC）較差較低較差較好（特別是低鈷合金）稀土儲氫材料技術(shù)稀土類合金不同鑄造法的p-c-T模式圖冷卻15合金熱處理技術(shù)——合金均質(zhì)化過程提高循環(huán)壽命提高吸氫量P-C-T曲線平臺平坦化降低平臺壓減少組分偏析特別是Mn消除合金結(jié)構(gòu)應(yīng)力作用稀土儲氫材料技術(shù)合金熱處理技術(shù)——合金均質(zhì)化過程提高提高P-C-T曲線減少組16合金的制粉技術(shù)和要求：

干式球磨、濕式球磨、氣流磨、沖擊錘磨、氫化制粉產(chǎn)品粒度分布要求合金粉粒度分布（μm）密度D10D50D90松裝密度g/cm3振實密度g/cm3負(fù)極濕法成型用粉12.0±3.038±5.085.0±10.0≥3.2≥4.3負(fù)極干法成型用粉18.0±4.060.0±10.0135.0±15.0≥3.4≥4.6稀土儲氫材料技術(shù)合金的制粉技術(shù)和要求：

干式球磨、濕式球磨17儲氫合金的表面處理技術(shù)表面包覆金屬膜——化學(xué)鍍銅或鎳（包括置換法）堿處理——合金表面元素溶解和表面化學(xué)修飾的過程。氟化處理——合金顆粒表面形成氟化物的方法酸處理——HCl、HNO3、HAc-NaAc緩沖溶液表面機(jī)械合金化——表面包覆一層金屬如Co、Ni、Cu等，使合金表面形成新的化合物。其它表面處理方法——對成型負(fù)極的處理（聯(lián)氨＋強(qiáng)堿、有機(jī)酸、電鍍、熱充電、表面活性劑。）稀土儲氫材料技術(shù)儲氫合金的表面處理技術(shù)表面包覆金屬膜——化學(xué)鍍銅或鎳（包括置18表面處理方法對AB5型儲氫合金電極的影響表面處理方法作用包覆膜改善合金的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，增強(qiáng)合金的抗氧化能力，減少充放電循環(huán)過程中合金粉化?；瘜W(xué)還原及堿液表面形成富鎳層，提高合金電極的電催化活性、放電容量及快速放電能力，同時改善循環(huán)壽命。氟化表面形成一富鎳層，改善動力學(xué)性能，提高合金電極的電催化活性、活化性能和吸氫速率，增強(qiáng)合金抗毒性。無機(jī)酸表面形成富鎳、富鈷層，提高合金電極的電催化活性。有機(jī)酸提高合金電極的放電容量、活化性能及快速充/放電能力，改善循環(huán)壽命。稀土儲氫材料技術(shù)表面處理方法對AB5型儲氫合金電極的影響表面處理方法作用包覆19稀土儲氫材料發(fā)展趨勢電動車輛、電動工具使用的鎳氫動力電池，要求儲氫負(fù)極合金比容量≥290mAh/g，10C放電容量≥50%，30C放電時間≥10s，中值電壓≥1.0V，單體電池壽命≥500周(1C常溫)。具有良好貯存性能（低自放電）的鎳氫電池，荷電儲存性能達(dá)到干電池的水平，充電放置一年的容量保持率為85%。

軍工及某些民口領(lǐng)域需要的能在低溫（-40℃）環(huán)境下使用的電池，要求儲氫負(fù)極合金比容量≥300mAh/g，在-40℃下，0.2C放電達(dá)到常溫容量的70%以上，單體電池壽命≥300周(1C常溫)。

小型用電器的低成本電池，低成本鎳氫電池還可進(jìn)一步取代有毒的鎘鎳電池，要求容量≥280mAh/g，單體電池壽命≥300周(1C)，需進(jìn)一步降低現(xiàn)用低成本LaNi5型合金（3.5wt%的低鈷含量）中的鈷含量或開發(fā)無鈷稀土儲氫合金。稀土儲氫材料發(fā)展趨勢電動車輛、電動工具使用的20預(yù)計2019年之后，電動汽車及相關(guān)MH-Ni動力電池產(chǎn)品的市場需求將迎來一個快速增長的時期。我國計劃到2019年，國內(nèi)有10%（約100萬輛）新生產(chǎn)的汽車是節(jié)能與新能源汽車。按144V/（6.5A·h）鎳氫動力電池組（240節(jié)電池）計算，每個電池組需要貯氫合金7Kg。裝備100萬輛電動汽車需要貯氫合金7000噸，年產(chǎn)值為10億元人民幣。稀土儲氫材料發(fā)展趨勢

我國是全球Cd/Ni電池的制造中心和最大出口國。近幾年Cd/Ni電池的產(chǎn)銷量每年大約13億支（與MH-Ni電池相當(dāng)），消耗鎘1萬噸左右。據(jù)測算，一支Cd/Ni電池中的Cd可以用容量為300mAh/g的貯氫合金等量代替，需要大約1萬噸貯氫負(fù)極合金，年產(chǎn)值為15億元人民幣。預(yù)計2019年之后，電動汽車及相關(guān)MH-Ni動力電池產(chǎn)品21國內(nèi)外規(guī)模型企業(yè)的傳統(tǒng)LaNi5型儲氫合金的技術(shù)、工藝水平和產(chǎn)品性能沒有明顯的差距。國內(nèi)HEV用儲氫合金粉的某些性能還有待改進(jìn)，低自放電鎳氫電池用La-Mg-Ni系儲氫合金仍處于開發(fā)試驗階段。

稀土儲氫材料發(fā)展趨勢國外儲氫合金技術(shù)的領(lǐng)先之處主要在于通過快速冷凝熔煉鑄造工藝控制相結(jié)構(gòu)均一穩(wěn)定性，通過合金粉后期表面處理得到低內(nèi)阻、高活性表面的儲氫合金負(fù)極材料。

國內(nèi)外規(guī)模型企業(yè)的傳統(tǒng)LaNi5型儲氫合金的技22創(chuàng)新：開發(fā)具有特定組成和組織結(jié)構(gòu)的新型儲氫材料，開發(fā)新的生產(chǎn)工藝。稀土儲氫材料發(fā)展趨勢

LaNi5相（灰色區(qū)域）、La3Ni13B2相（白色區(qū)域）和（Fe,Ni）相（黑色區(qū)域），在（Fe,Ni）相的邊緣存在富集的Ni。

2019年，包頭稀土研究院自主開發(fā)出新型La-Fe-B系儲氫合金，與傳統(tǒng)LaNi5型儲氫合金相比，具有成本低、功率和低溫放電性能好的特點，有望作為鎳氫電池新一代的儲氫負(fù)極材料。創(chuàng)新：開發(fā)具有特定組成和組織結(jié)構(gòu)的新型儲氫材料，稀土儲氫材料23

稀土功能材料已列入我國“十二五”期間的戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)。利用我國稀土資源產(chǎn)地的優(yōu)勢，經(jīng)過五年的發(fā)展，應(yīng)建成比較完善的創(chuàng)新體系，培育出一批具有世界水平的稀土專家和研究團(tuán)隊，取得一批具有重大影響的創(chuàng)新成果，造就一批自主知名品牌產(chǎn)品，主要功能材料的生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)進(jìn)入世界先進(jìn)水平行列。

稀土儲氫材料發(fā)展趨勢稀土功能材料已列入我國“十二五”期間的戰(zhàn)略性新型24謝謝謝謝25稀土儲氫材料的

現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢稀土儲氫材料的

現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢26一、稀土儲氫材料應(yīng)用市場二、稀土儲氫材料產(chǎn)業(yè)三、稀土儲氫材料技術(shù)四、稀土儲氫材料發(fā)展趨勢一、稀土儲氫材料應(yīng)用市場27稀土儲氫材料主要有兩類：LaNi5型儲氫合金（AB5型）和La-Mg-Ni系儲氫合金（AB3型、A2B7型）。類型AB5AB3-3.5合金LaNi5MmNi5LaNi3CaNi3La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5氫化物L(fēng)aNi5H6MmNi5H6.3LaNi3H4.5CaNi3H4.4La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5H4.73吸氫量/wt.%1.41.41.42.01.6放氫壓（溫度）/MPa（℃）0.4（50）3.4（80）無平臺0.04（20）0.06（60）氫化物生成熱/kJ·mol-1H2－30.1－26.4－35.0稀土儲氫材料應(yīng)用市場稀土儲氫材料主要有兩類：LaNi5型儲氫合金（28用途主要原理電極材料金屬氫化物（MH）電極，氫氣的電化學(xué)吸收/釋放介質(zhì)。MH/Ni電池，MH/Air電池。貯氫材料氫氣直接貯存和運輸介質(zhì)。儲氫罐，燃料電池供氫裝置。蓄熱材料金屬氫化物反應(yīng)熱效應(yīng)。余熱儲存，熱能傳輸，熱泵（空調(diào)）。壓力傳動材料金屬氫化物反應(yīng)壓力-溫度關(guān)系。壓縮機(jī)、壓力傳感器。氫分離材料對氫或氫的同位素選擇性吸收。催化材料為有氫參與的反應(yīng)提供高活性的氫源。儲能材料電能、風(fēng)能等的調(diào)節(jié)。稀土儲氫材料應(yīng)用市場用途主要原理電極材料金屬氫化物（MH）電極，氫氣的電化學(xué)吸收29鎳氫電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、動力學(xué)性能良好、環(huán)境友好和安全性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動工具、混合電動車（HEV）。就技術(shù)水平看，在各類動力電池中，鎳氫電池的綜合優(yōu)勢最為明顯。HEV用鎳氫電池的使用壽命達(dá)到了8年或者是16萬公里。目前85%HEV采用鎳氫電池，未來一段時間鎳氫動力電池仍是油電混合車或電動汽車的首選電源。稀土儲氫材料應(yīng)用市場鎳氫電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、動力學(xué)性30為了適應(yīng)多種鎳氫電池的要求，儲氫合金的品種分為常規(guī)型、高容量型、功率（動力）型、低溫型、高溫型、低自放電型等。類型AB5型AB3型A2B7型理論放電容量（mAh/g）372480430實際放電容量（mAh/g）340420410循環(huán)壽命（次，60%）1000＞300＞500稀土儲氫材料應(yīng)用市場為了適應(yīng)多種鎳氫電池的要求，儲氫合金的品種分31以MmNi4.5Al0.5合金儲氫裝置為例，該儲氫系統(tǒng)與15MPa高壓氣瓶貯氫方式相比，在相同儲氫量下，其容器體積僅為高壓氣瓶的1/4，并且容器壓力降到1MPa以下，提高了安全性，同時還提高了氫的純度（可得到99.9999%的高純氫），可提高燃料電池效率和壽命。

儲氫能力比較

為促進(jìn)燃料電池的實用化，近些年固態(tài)金屬氫化物儲氫技術(shù)受到關(guān)注，其特點是：體積儲氫密度高；安全性好；不需要高壓容器和隔熱容器；可得到高純度氫。儲存4kgH2的體積比較稀土儲氫材料應(yīng)用市場以MmNi4.5Al0.5合金儲氫裝置為例，32LaNi5型儲氫電極合金已于上世紀(jì)90年代初在日本和中國先后實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。目前，國內(nèi)外稀土系儲氫合金主要產(chǎn)品為LaNi5型，全球稀土儲氫合金的年產(chǎn)量大約為3萬噸。

2019年以來，中國稀土儲氫材料和鎳氫電池的產(chǎn)量超過日本，儲氫合金產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的60%以上，成為全球最大的生產(chǎn)國。目前全國有10余家儲氫合金生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)能約2.4萬噸。2009年我國儲氫合金產(chǎn)量1.75萬噸，比2019年（1.73萬噸）增加1.16%。國內(nèi)應(yīng)用量6200噸，與2019年（6160噸）基本持平。稀土儲氫材料產(chǎn)業(yè)LaNi5型儲氫電極合金已于上世紀(jì)90年代初33表22019-2009年我國稀土儲氫合金及小型鎳氫電池生產(chǎn)情況（萬噸，億支）年份201920192019201920192009合計儲氫合金產(chǎn)能1.061.752.252.402.402.4012.26儲氫合金產(chǎn)量0.601.301.501.861.731.758.74合金國內(nèi)消耗量0.200.430.500.620.620.622.99電池產(chǎn)能8.012.014.715*1515*79.7電池產(chǎn)量6.011.013141211*67.0電池出口量/7.069.139.41*8.677.6541.92*為估計值中國主要生產(chǎn)傳統(tǒng)鎳氫電池用LaNi5型儲氫合金。日本主要生產(chǎn)HEV用鎳氫動力電池的功率型LaNi5儲氫合金，年產(chǎn)量在5000噸左右。2019年，日本開發(fā)出低自放電鎳氫電池用新型稀土系La-Mg-Ni型儲氫合金粉，年產(chǎn)量在6500噸左右。

稀土儲氫材料產(chǎn)業(yè)表22019-2009年我國稀土儲氫合金及小型鎳氫電池生342009年11月，全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會審定了中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬氫化物-鎳電池負(fù)極用稀土系A(chǔ)B5型貯氫合金粉》，對主要產(chǎn)品牌號及電化學(xué)性能做了規(guī)定。牌號類型電化學(xué)性能（25℃±2℃）比容量/（mAh/g）循環(huán)壽命(次)300mA/g放電容量/（mAh/g）206000普通型≥310≥500≥275206001功率型≥300≥500≥285206002高容量型≥330≥300≥280稀土儲氫材料產(chǎn)業(yè)

稀土系A(chǔ)B5型貯氫合金粉產(chǎn)品牌號及電化學(xué)性能2009年11月，全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會審定了中華人35稀土儲氫材料技術(shù)調(diào)整組成：元素替代；非化學(xué)計量比。提高材料性價比。稀土儲氫材料技術(shù)調(diào)整組成：元素替代；非化學(xué)計量比。36儲氫材料兩側(cè)元素對性能的影響A元素的影響B(tài)元素的影響La含量高，合金容量高，平臺壓低，耐蝕性差。Ce含量高，與La效果相反。Pr、Nd介于兩者之間。Zr部分代替稀土元素，初始容量下降，循環(huán)壽命改善。Ni：在AB5合金中，含量低，吸氫量增大，氫化物穩(wěn)定，可逆氫量下降。含量高，吸氫能力低，富有韌性，有抑制粉化的作用。在表面組織上，起催化、集電和防止合金氧化的作用。在MgNi合金中，加入過量Ni，可顯著改善循環(huán)特性，增加放電容量。Co：在AB5合金中，抑制合金粉化；提高電極壽命；改善電極活化性能及快速充放電能力。容量有下降趨勢，高倍率放電能力下降。Mn：部分取代Ni后對合金的活化、穩(wěn)定性及吸放氫速度均有好處，降低氫平衡壓。含量為0.2～0.8，循環(huán)壽命增加；大于0.8時壽命下降。Al：增加抗腐蝕性，同時降低吸放氫速度。稀土儲氫材料技術(shù)儲氫材料兩側(cè)元素對性能的影響A元素的影響B(tài)元素的影響La含量37非化學(xué)計量的影響通式：ABx±y或A1±xBy稀土儲氫材料技術(shù)如AB5當(dāng)B/A＜5.0時，平衡氫壓降低，循環(huán)壽命下降。當(dāng)B/A＞5.0時，初容量下降，循環(huán)壽命增加。非化學(xué)計量的影響稀土儲氫材料技術(shù)如AB538儲氫材料制造方法及特征制造方法錠模鑄造法（水冷）氣體霧化法（高壓惰氣噴射）熔體淬冷法（單輥法和雙輥法）冷卻速度/K·S-1T×10T×102～104T×102～104T×104～106合金形狀錠模決定球狀薄片狀帶狀結(jié)晶集合組織——等軸晶柱狀晶柱狀晶結(jié)晶粒徑/μm10～100＜20＜20＜10晶格變形程度大大小小性能特點合金組織或組成不均質(zhì)，平臺傾斜。破碎制得粉末為不規(guī)則多邊形。優(yōu)點：直接制取球形合金粉，可防止組分偏析，縮短工藝，減少污染。缺點：平臺平坦性差抑制宏觀偏析，析出物微細(xì)化，電極壽命長（耐蝕性較好）；吸放氫特性好（平臺的平坦性好），容量高；晶粒細(xì)化，微晶晶界多，吸放氫速度快，高倍率放電性能優(yōu)良。稀土儲氫材料技術(shù)儲氫材料制造方法及特征制造方法錠模鑄造法氣體霧化法熔體淬冷法39稀土儲氫材料技術(shù)稀土類合金不同鑄造法的p-c-T模式圖

冷卻速度對合金電化學(xué)性能的影響冷卻方式活化性能容量倍率性能循環(huán)壽命常冷（NC）較好較高較好較差淬冷（RC）較差較低較差較好（特別是低鈷合金）稀土儲氫材料技術(shù)稀土類合金不同鑄造法的p-c-T模式圖冷卻40合金熱處理技術(shù)——合金均質(zhì)化過程提高循環(huán)壽命提高吸氫量P-C-T曲線平臺平坦化降低平臺壓減少組分偏析特別是Mn消除合金結(jié)構(gòu)應(yīng)力作用稀土儲氫材料技術(shù)合金熱處理技術(shù)——合金均質(zhì)化過程提高提高P-C-T曲線減少組41合金的制粉技術(shù)和要求：

干式球磨、濕式球磨、氣流磨、沖擊錘磨、氫化制粉產(chǎn)品粒度分布要求合金粉粒度分布（μm）密度D10D50D90松裝密度g/cm3振實密度g/cm3負(fù)極濕法成型用粉12.0±3.038±5.085.0±10.0≥3.2≥4.3負(fù)極干法成型用粉18.0±4.060.0±10.0135.0±15.0≥3.4≥4.6稀土儲氫材料技術(shù)合金的制粉技術(shù)和要求：

干式球磨、濕式球磨42儲氫合金的表面處理技術(shù)表面包覆金屬膜——化學(xué)鍍銅或鎳（包括置換法）堿處理——合金表面元素溶解和表面化學(xué)修飾的過程。氟化處理——合金顆粒表面形成氟化物的方法酸處理——HCl、HNO3、HAc-NaAc緩沖溶液表面機(jī)械合金化——表面包覆一層金屬如Co、Ni、Cu等，使合金表面形成新的化合物。其它表面處理方法——對成型負(fù)極的處理（聯(lián)氨＋強(qiáng)堿、有機(jī)酸、電鍍、熱充電、表面活性劑。）稀土儲氫材料技術(shù)儲氫合金的表面處理技術(shù)表面包覆金屬膜——化學(xué)鍍銅或鎳（包括置43表面處理方法對AB5型儲氫合金電極的影響表面處理方法作用包覆膜改善合金的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，增強(qiáng)合金的抗氧化能力，減少充放電循環(huán)過程中合金粉化?；瘜W(xué)還原及堿液表面形成富鎳層，提高合金電極的電催化活性、放電容量及快速放電能力，同時改善循環(huán)壽命。氟化表面形成一富鎳層，改善動力學(xué)性能，提高合金電極的電催化活性、活化性能和吸氫速率，增強(qiáng)合金抗毒性。無機(jī)酸表面形成富鎳、富鈷層，提高合金電極的電催化活性。有機(jī)酸提高合金電極的放電容量、活化性能及快速充/放電能力，改善循環(huán)壽命。稀土儲氫材料技術(shù)表面處理方法對AB5型儲氫合金電極的影響表面處理方法作用包覆44稀土儲氫材料發(fā)展趨勢電動車輛、電動工具使用的鎳氫動力電池，要求儲氫負(fù)極合金比容量≥290mAh/g，10C放電容量≥50%，30C放電時間≥10s，中值電壓≥1.0V，單體電池壽命≥500周(1C常溫)。具有良好貯存性能（低自放電）的鎳氫電池，荷電儲存性能達(dá)到干電池的水平，充電放置一年的容量保持率為85%。

軍工及某些民口領(lǐng)域需要的能在低溫（-40℃）環(huán)境下使用的電池，要求儲氫負(fù)極合金比容量≥300mAh/g，在-40℃