兰州理工大学申莹莹教授、赵云同学《电化学》：

Fe-Co协同掺杂的La-Ce-Ni基耐高温储氢合金的电化学及动力学性能研究

【研究背景】

锂离子电池凭借高能量密度成为消费电子与电动汽车的主流电源，但安全风险与高温性能不足限制了其在极端环境中的应用。镍氢电池因水系电解液的本质安全性、良好的过充过放耐受性，在混合动力汽车及高温储能领域具有重要应用价值。AB₅型LaNi₅基储氢合金是镍氢电池核心负极材料，然而高温下合金易在碱性电解液中发生钝化与腐蚀，溶出的杂质离子会迁移至正极破坏结构，引发容量衰减与微短路风险，严重制约电池高温寿命。元素掺杂是提升高温稳定性的有效途径，Fe作为低成本过渡金属，可部分替代昂贵Co并显著改善循环稳定性，但同时会降低放电容量与倍率性能。为此，通过Fe‑Co协同掺杂调控合金成分与微观结构，平衡高温稳定性、电化学性能与成本，对开发耐高温、低成本镍氢电池负极材料具有重要理论与工程意义。

【研究亮点】

本研究聚焦镍氢电池高温失效难题，采用Fe‑Co协同掺杂设计梯度成分，在多温场下系统探究电化学规律，揭示Fe/Co调控机制，实现低成本与高温性能兼顾，为高性能负极材料提供理论与应用支撑。

【制备流程】

1.本实验依据化学式La_0.80Ce_0.20Ni_3.63Mn_0.35Al_0.27Co_0.75-xFe_x(x=0,0.15,0.35,0.55,0.75)设计并制备五种合金。针对易挥发元素，配料时分别添加3wt.%(La、Ce、Al)及5wt.% Mn以补偿熔炼损失。所有纯度＞99.5%的金属原料均用砂轮打磨去除氧化膜，保证原料洁净。

2.将原料按熔点由低到高依次放入水冷式WK‑II非自耗真空电弧熔炼炉铜坩埚中，预先放置高纯Ti块实现吸气净化。在0.05 MPa氩气保护下进行熔炼，每次熔炼后翻转铸锭，反复3次以保证成分均匀。所得铸锭因内应力存在开裂与偏析，需进一步均匀化退火。

3.将合金铸锭放入刚玉坩埚，在OTF‑1200X管式炉中以5℃/min升温至1050℃，保温15h后随炉冷却至室温，完成均匀化退火。退火后铸锭经打磨除氧化层、无水乙醇清洗并烘干，研磨后过200目筛，得到成分与粒度均匀的储氢合金粉末。

【文章亮点】

【结论】

对退火态La_0.80Ce_0.20Ni_3.63Mn_0.35Al_0.27Co_0.75-xFe_x储氢合金研究表明：Fe掺杂未改变CaCu₅型六方结构，仅使晶格膨胀，Fe优先占据3g晶位优化氢扩散路径，元素分布均匀。适量Fe（x=0.35）显著提升65℃电化学性能，降低腐蚀电流，抑制副反应；过量Fe则劣化容量与倍率。高温可改善高Fe样品动力学。Fe-Co协同掺杂实现宽温域性能与成本协同优化，为低成本高温镍氢负极提供可行方案。

【论文链接】

https://doi.org/10.5796/electrochemistry.25-00150.