《稀土系儲氫合金電化學動力學 性能測試方法》

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

團體標準

T/CSTMXXXXX—202X

稀土系儲氫合金電化學動力學性能

測試方法

Testmethodforelectrochemicalkineticspropertiesof

rareearthbasedhydrogenstoragealloys

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX—202X

稀土系儲氫合金電化學動力學性能測試方法

警示——使用本文件的人員應有正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本文件并未指出所有可能的安全問

題。使用者有責任采取適當?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了稀土系儲氫合金交流阻抗和氫擴散系數(shù)的測試方法。

本文件適用于稀土系儲氫合金交流阻抗和氫擴散系數(shù)的測試。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅

該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T7160羰基鎳粉

GB/T26412金屬氫化物-鎳電池負極用稀土系AB5型貯氫合金粉

GB/T31963金屬氫化物-鎳電池負極用稀土鎂系超晶格貯氫合金粉

YS/T484金屬氫化物-鎳電池負極用儲氫合金比容量的測定

3術(shù)語和定義

3.1

定義1definition1

荷電狀態(tài)（Stateofcharge簡稱SOC）

充電容量與額定容量的百分比

4方法提要

4.1交流阻抗

以小振幅的正弦波電壓信號（或電流信號），使電極系統(tǒng)產(chǎn)生近似線性關(guān)系的響應，測量

電極系統(tǒng)在很寬頻率范圍內(nèi)阻抗變化曲線的方法。通過研究實部和虛部構(gòu)成的復阻抗平面圖來

獲得研究體系內(nèi)部的有用的信息。

4.2氫擴散系數(shù)

利用電位階躍法，在電極放電后期，電極放電電流主要受到合金內(nèi)部氫原子的擴散速率控制。通過

測量電極放電電流和時間的關(guān)系，可以推算出合金電極內(nèi)部氫原子的擴散系數(shù)。

1

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5儀器和設備

5.1電池測試儀

電流范圍：0~100mA；

電壓范圍：10mV~5V。

5.2電化學工作站

最大測量電壓：±100V；

電位掃描范圍：±30V；

電流范圍：10nA~1A；

最小電流分辨率：30fA；

最小測量電位分辨率：0.3μV。

5.3電子天平

分度值0.0001g。

5.4小型點焊機

焊點面積大于1mm2。

5.5小型壓片機

壓力范圍：0~40MPa。

5.6水浴恒溫槽

溫度控制精度：±1℃。

5.7粉末壓制成型模具

規(guī)格尺寸符合YS/T484中3.9的要求。

5.8測試裝置及說明

三電極測試裝置見圖1：

2

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正極負極參比電極

圖1開口三電極測試裝置

6試劑與材料

6.1氫氧化鉀溶液

濃度為6.0±0.1mol/L。

6.2儲氫合金粉

粒度分布符合GB/T26412中負極濕法成型用粉的要求。

6.3羰基鎳粉

化學成分和粒度應符合GB/T7160的要求。

6.4金屬鎳帶

厚度為0.2±0.002mm，寬度為4±0.005mm。

6.5燒結(jié)氫氧化亞鎳

片狀，充放電循環(huán)壽命大于1000次。

6.6泡沫鎳

孔隙率≥96%，面密度350±25g/m2。

7試樣制備、裝配與活化

試樣的制備、裝配與活化按照XB/T702中的規(guī)定執(zhí)行。

8測試步驟

8.1交流阻抗的測試

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8.1.1電極狀態(tài)

50%SOC：以1C電流密度（C為電極活化最大的放電容量，設置充電電流=C*合金有效質(zhì)量，每

個電極需單獨設置）充電35min后停止。

8.1.2開路電位測試

RunTime（sec）=3600，

SampleInterval=1，

HighELimit（V）=-0.8，

LowELimit（V）=-1，

運行程序，運行過程中觀察開路電位變化情況，待開路電位小數(shù)點后三位在1min內(nèi)不變化時即認

為電位已穩(wěn)定，記下該開路電位值，停止該測試。如電位不穩(wěn)定，則重復以上測試直至穩(wěn)定。

8.1.3參數(shù)設置

HighFrequency(Hz)=10kHz；

LowFrequency(Hz)=5mHz。

8.1.4測試

按照儀器設定程序進行測試。

8.1.5結(jié)果與表述

將測試數(shù)據(jù)繪制成合金電極的交流阻抗圖譜，合金電極的交流阻抗圖譜（EIS）由高頻區(qū)的小半圓、

中低頻區(qū)的大半圓組以及低頻區(qū)的韋伯斜線組成。合金電極高頻區(qū)的小半圓主要對應于電極片與集流體

之間的接觸阻抗，中頻區(qū)的容抗弧則與合金電極表面形成的雙電層所具有的阻抗與容抗有關(guān)，低頻區(qū)的

韋伯斜線是與氫原子在合金內(nèi)部擴散所引起的韋伯阻抗有關(guān)。

8.2氫擴散系數(shù)測試步驟

8.2.1電極狀態(tài)

100%SOC：以1C電流密度（C為電極活化最后一個循環(huán)的放電容量，設置充電電流=C*合金有效

質(zhì)量，每個電極需單獨設置）充電72min后停止；

8.2.2參數(shù)設置

t0：0；

t1:3600s；

起始電位E0:開路電位；

階躍電位E1:0.6V。

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8.2.3測試

按照儀器設定程序進行測試。

8.2.4結(jié)果與表述

電位階躍進行后期電流i和時間t之間存在（式2）關(guān)系：

6FD2D

logi=log(C0?Cs)?t…………………（2）

da22.303a2

2.303a2dlogi

D=?……………（3）

2dt

式中：

I-電流密度（A?g-1）；

F-法拉第常數(shù)（C?mol-1）；

D-擴散系數(shù)（cm2?s-1）；

-3

C0-合金中氫起始濃度（mol?cm）；

Cs-合金表面氫起始濃度（mol?cm-3）；

t-放電時間（s）；

a-合金顆粒粒徑；

d-合金密度（g?cm-3）。

恒電位階躍曲線是以logi為橫坐標時間t為縱坐標繪制圖譜。對其分析通常是在階躍曲線的后期線

性部分求得直線部分斜率dlogi/dt并結(jié)合上（式3）計算氫在合金內(nèi)部的擴散系數(shù)。

9精密度

9.1重復性

在重復性條件下獲得的兩次獨立測試結(jié)果的測定值的差值不超過重復性限（r），超過重復性限（r）的

情況不超過5%，重復性限（r）使用表1測得的數(shù)據(jù)按照GB/T6379.2的規(guī)定求得。

表1重復性限（r）

交流阻抗氫擴散系數(shù)D

重復性限（r）重復性限（r）

0.0390.542

9.2再現(xiàn)性

在再現(xiàn)性條件下獲得的兩次獨立測試結(jié)果的差值不超過再現(xiàn)性限（R），超過再現(xiàn)性限（R）的情況不超

過5%，再現(xiàn)性限（R）使用表2測得的數(shù)據(jù)按照GB/T6379.2的規(guī)定求得。

表2再現(xiàn)性限（R）

交流阻抗氫擴散系數(shù)D

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重復性限（R）重復性限（R）

0.0960.801

10試驗報告

1)試驗報告應包括以下內(nèi)容：

2)本標準號

3)鑒別試樣的必要說明

4)測試時間

5)測定結(jié)果

6)本標準未規(guī)定的操作

7)可能影響結(jié)果的任何情況。

6

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附錄A

（資料性）

起草單位和主要起草人

本文件主要起草單位：包頭稀土研究院

本文件參與起草單位：鄂爾多斯應用技術(shù)學院、內(nèi)蒙古科技大學、內(nèi)蒙古稀土功能材料創(chuàng)新

中心有限責任公司、鋼鐵研究總院有限公司、內(nèi)蒙古稀奧科貯氫合金有限公司、中?。ㄎ⑸剑┫⊥?/p>

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