《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

中關村材料試驗技術聯(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?，并保證符合國家有關法規(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

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構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)產生近似線性關系的響應，測量

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

獲得研究體系內部的有用的信息。

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系，可以推算出合金電極內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

3

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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，低頻區(qū)的

韋伯斜線是與氫原子在合金內部擴散所引起的韋伯阻抗有關。

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并結合上（式3）計算氫在合金內部的擴散系數(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

5

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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)測定結果

6)本標準未規(guī)定的操作

7)可能影響結果的任何情況。

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：鄂爾多斯應用技術學院、內蒙古科技大學、內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、內蒙古稀奧科貯氫合金有限公司、中?。ㄎ⑸剑┫⊥?/p>

新材