稀土贮氢合金及其应用

高倍率AB5型稀土贮氢合金的研究进展①

周增林,宋月清＊,崔　舜,杜　军,康志君

(北京有色金属研究总院粉末冶金及特种材料研究所,北京100088)

摘要:综述了AB5型稀土贮氢合金高倍率放电性能的影响因素。从合金成分、制备工艺、粒度控制以及表面改性等几个方面进行总结,并对

贮氢合金高倍率放电机制等问题进行了讨论。开发低钴无钴系列合金、非化学计量比、形成双相合金、控制粒度分布以及表面改性处理是目

前改善AB5型稀土贮氢合金高倍率放电性能的有效途径。

关键词:AB5型贮氢合金;高倍率;稀土

中图分类号:TM912 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2004)02-0408-06

将目前已商品化的小型Ni-MH电池用负极材

料应用到高倍率领域,不仅低温和室温高倍率放

电性能不能满足要求,且大电流放电导致电池温

度升高,电化学性能显著下降。由此可见,欲使

Ni-MH电池在高倍率应用领域取代Ni-Cd电池,就

要求不断提高其电化学动力学性能和高低温性能。

高倍率Ni-MH电池的研制在国内外均得到重视,

如欧洲BriteEuram计划旨在Ni-MH电池的高倍率

应用;我国科技部在“十五”国家863计划中,特别

设立电动汽车重大专项,其中就包括了高倍率Ni-

MH电池的研制开发。

在低温(约-20℃)和高温(约60℃)下同样要

能够高倍率放电。Ni-MH电池的高倍率放电性能主

要受负极贮氢合金的动力学性能限制,而负极用

贮氢合金的近期开发重点还在于具有良好综合电

化学性能的稀土系AB5型[1～4]。本文将从合金成

分、制备工艺、粒度控制以及表面改性等方面出

发,对AB5型稀土贮氢合金高倍率放电性能的影

响因素进行综合评述。

1　合金成分的影响

1.1　A侧成分[5～8]

1.1.1　La,Ce,Pr和Nd的影响 研究认为La

含量增加,合金晶胞体积变大,则氢原子在晶格中

运动的阻碍小,在合金本体中扩散速度快;Ce含

量的增加,降低了氢化物稳定性,提高了氢原子在氢化物中的扩散速度,改善合金动力学性能(高倍

总第３３４期２０１２年　Ｄｏｍａｉｎ　Ｆｏｃｕ　氢电池（储存１年后容量保持率为　８５％，两年后容量保持率仍达　７５％）后，彻底突破了传统镍氢电　池（即自放电率高，储存１年后容量　保持率为５０％，两年后容量基本为　零）储存性能差的劣势，将传统镍　氢电池带入全新的应用时代。一　次性碱性电池市场将受到高能镍　氢电池的冲击，也为镍氢电池打开　了非常广阔的应用市场。据悉，一　节低自放电率镍氢电池相当于　１０００～２０００节一次性碱性电池，且　容量更大、功率更高、完全绿色，可　大大减少一次性干电池的应用，节　约能源、保护环境。　电动工具领域镍氢电池仍是　首选电源。由于镍氢电池具有高　比能量、高功率、适合大电流放电、　可循环充放电、无污染，被誉为绿　色电源。随着人们自己动手修理　家具的做法越来越流行，便携式电　动工具成为镍氢电池的高速增长　市场。　特定领域镍氢电池优势凸显。　在某些工业应用领域要求二次电池　的充放电循环次数多，易于保养，高　功率，可在高温或低温下工作，镍氢　电池由于满足以上要求被优先采　用。如军事装置和医疗装置、潜水　艇等。尽管锂离子电池与锂聚合物　电池获得了应用，但由于镍氢电池　经受了市场的考验，备受消费者信　赖。目前，应用比较稳定。　镍氢电池淡出数码电子产品　领域。在笔记本电脑、智能手　机、数码等电子产品领域，镍氢　电池已逐步被锂电池取代。锂离　人生大病。只是一“傲”字。　子电池以其较高的性价比成为首　选配套电源，镍氢电池在该领域　的消费量逐步萎缩，并渐渐淡出　该市场。　政策助推新能源汽车的发展，　为镍氢动力电池带来广阔的发展　空间。随着国际油价上逐步攀升，　新能源汽车的优势开始显现，各国　加速了开发与推广新能源汽车的　进程，同时，国际能源环境的变化，　也为新能源汽车ｆ目前主要是混合　动力汽车）登场，创造了市场条件．。　在发展新能源汽车上，业界普遍认　为镍氢电池技术最成熟。　在新能源汽车新标准中，我　国把以镍氢电池生产的混合动力　乘用车被归类为成熟产品，允许　在全国范围内销售使用。在发展　新能源汽车领域，未来３年内镍　氧电池将是新能源汽车搭载电池　的主流。电池巨头松下和三洋公　司也均认为，锂离子动力电池不　可能在２～３年内取代镍氢动力　电池，主要原因是镍氢动力电池　便宜安全，已经达到规模化生　产。锂电池还有课题需要继续攻　关，如安全性，因此商业化尚需　时日。２０１１年年底，在国家工信　部牵头制定的《节能与新能源汽　车发展规划中（２０１１年至２０２０　年）》明确指出，到２０１５年，我国插　电式混合动力汽车和纯电动汽车　市场保有量达到５Ｏ万辆以上；　中、重度混合动力乘用车保有量　达到１００万辆。国家相关政策法　规助力新能源汽车发展，给镍氢　动力电池的发展带来了前所未有　产业聚焦　Ｓ　的机遇，镍氢动力电池进入新的　发展阶段。　４．结论　２０１１年稀土价格的上涨，增　加了贮氢合金成本，给镍氢电池　产业带来了不小的冲击，在竞争　中优势减弱，而超低自放电镍氢　电池问世，又为镍氢电池产业的　发展带来了新的商机，它优异的　荷电保持性能和长期存储特性，　充分满足了人们方便携带性要　求。公开数据显示，我国每年废　弃的一次性电池约有３０亿只，全　世界有４００亿只，这是一个非常　可观的替代市场，镍氢电池产业　将迎来又一新的经济增长点。同　时，镍镉电池中含有剧毒性物　质，替代的结果会使环境得到有　效的保护。随着人类环保意识的　增强，镍氢电池必将成为碱性电　池的最好替代品。尽管稀土涨价　促使贮氢合金成本增加，由于镍　氢电池所使用的原材料多为贵金　属，极具回收价值，且回收分离　较容易，因此做好回收利用工　作，镍氢电池产业仍具有很好的　发展前景。　除此之外，传统石化能源的　供应趋紧，替代能源的研究步伐　加速。大容量动力镍氢电池优　越的电化学性能在新能源汽车、　风电储能、太阳能储能等新兴领　域也将迎来高速发展时期。未　来几年，镍氢电池将保持持续发　展能力。作为镍氢电池主要原　料的稀土贮氢合金也将会获得　长足的发展。　鬻　ｉ　燕　誊蓦鬻

稀 土 磁 性 材 料 研 究 现 状

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稀土磁性材料研究现状

摘要：材料是社会技术进步的物质基础与先导。现代高技术的发展，更是紧密依赖与材料的发展。稀土元素因其独特的电、光、磁、热性能而被人们称为新材料的“宝库”，是国内外科学家，尤其是材料专家最关注的一组元素。目前，稀土磁性材料作为一组重要的稀土新材料，在国内外的研究已初具规模，这些新材料的应用不仅极大地改造和提升了传统产业，而且构成了当今世界先导型、知识型产业的核心竞争力。为此，加强稀土磁性材料的研发，大力扶持国内稀土产业将变得尤为重要。

关键词：稀土、磁性材料、研究现状、发展趋势

一、各种稀土磁性材料的简单论述

1.1、稀土永磁材料

稀土由于其独特的4f电子层结构，可以在一些与3d元素化合物组合成的晶体结构中形成单轴磁各向异性，而具有十分优异的超常磁性能。表1列出了各类稀土永磁体与传统的铁氧体、铝镍钴永磁体的磁性能，显然稀土永磁体比传统永磁体具有高得多的磁性能。

表1 各类永磁体的磁性能

永磁体 最大磁能积（MGOe） 备注

铁氧体 4.6

铝镍钴 11

SmCo5 22

Sm2(Co,Cu,Fe,Zr)17 32

Nd2Fe14B 56 理论值64

Sm2(Fe,Co)17N3 46.5[1] 理论值62

纳米晶双相稀土永磁体 25[2] 理论值120[2]

稀土永磁体中，钕铁硼的磁能积最高，但它的居里温度低，工作温度低，温度系数高。虽然现在已开发出工作温度达到200℃的钕铁硼，但在许多地方还稀 土 磁 性 材 料 研 究 现 状

- 2 - 是不能替代工作温度高，温度系数低的钐钴永磁。

现已开发出工作温度可达400℃、500℃的Sm2(Co,Cu,Fe,Er)17磁体[3]。10年前发明的稀土—铁—氮永磁材料，理论磁能积与钕铁硼接近，但居里温度高，温度系数小，耐腐蚀性能好，与粘结磁体中使用的快淬钕铁硼相比，具有很强的竞争力。其中的NdFe12Nx永磁是我国科学家杨应昌院士发明的[4]，其NdFe12Nx实验室样品的磁能积已达到22MGOe，超过MQ-2钕铁硼磁粉。

储氢合金常用元素

储氢合金是一种能够可逆地吸收和释放氢气的合金材料，常用的储氢合金元素包括：

1. 镧系元素（如 La、Ce、Pr、Nd

等）：这些元素具有较高的储氢能力和较好的可逆性。

2. 钛（Ti）：钛与其他元素形成的储氢合金具有较高的储氢密度和较好的循环稳定性。

3. 锆（Zr）：锆与其他元素形成的储氢合金具有较高的储氢容量和较好的热稳定性。

4. 镁（Mg）：镁基储氢合金具有较高的储氢密度和较低的成本，但其循环稳定性较差。

5. 镍（Ni）：镍与其他元素形成的储氢合金具有较好的催化活性和循环稳定性。

6. 铁（Fe）：铁基储氢合金具有较低的成本和较好的热稳定性，但其储氢容量较低。

这些元素可以单独或与其他元素组合形成各种储氢合金，以满足不同应用的需求。储氢合金在氢能源存储和利用领域具有重要的应用前景，例如在氢燃料电池、氢储存设备等方面。