LaFeO3材料的电化学行为及金属改性研究

镍氢电池负极材料现几乎都是合金，其中应用最广的AB5型贮氢合金容量约310mAh/g。本申请人前期研究发现LaFeO3具有可逆电化学容量，首次放电容量25℃约330mAh/g、40℃及以上超过500mAh/g，有可能成为镍氢电池潜在的新型高容量负极材料。LaFeO3目前存在的主要问题是：可逆容量的电极过程机理不清楚，由此引起的温度影响容量的机理、初期循环容量衰减较快、高倍率充放电性能差的问题也有待研究。本项目将首先研究LaFeO3产生这些问题的原因及机理，其次采用碱土金属Sr、Ba及稀土金属和过渡金属Mn、Ni、Co等分别部分替代LaFeO3中La和Fe，通过改变体相结构达到改变其电化学行为的目的，最后采用金属及合金（含LaNi5系贮氢合金）对LaFeO3进行表面催化或纳米复合，以提高材料的表面电化学反应速度及常温放电容量等，为开发性能优良的LaFeO3高容量电极材料提供理论技术基础。

2008年四川大学首次发现LaFe03表现出较高的电化学容量，2009年申请国家基金并获得批准。在基金项目“LaFe03材料的电化学行为及金属改性研究”（批准号:50971096）的支持下，取得了具有较高学术和一定应用价值的研究成果：. 1）LaFeO3-δ充放电过程表现为吸放氢与铁变价的协调机制，其容量衰减与镍粉的不可逆氧化相关;2）50-100nm的非晶态纳米级和晶态深亚微米LaFeO3-δ在60℃及125 mA/g的放电容量分别达到532和443 mAh/g、循环稳定容量达到360和310mAh/g二者都表现出温度及尺度敏感性;3）在60℃及125 mA/g充放电条件下，晶态深亚微米La1-xAxFeO3-δ（A=Sr，Ba）的La位Sr和Ba部分替代(x=0.6)使循环稳定容量从310mAh/g提高到370和450mAh/g,结构变化提供了更好的电化学活性；晶态深亚微米LaFe1-xTxO3-δ（T=Ni，Co）的Fe位Ni和Co部分替代(xNi=0.4，xCo=0.2)使循环稳定容量提高到470和430mAhg-1，与Ni和Co自身电催化活性相关;4）在125mA/g充放电条件下，高能球磨使晶态深亚微米LaFeO3-δ的循环稳定容量从25、40和60℃的52、110、310mAh/g提高到205、270和390mAh/g，球磨过程非晶化缺陷增加及颗粒细化起作用;5）CuFe2O4尖晶石型氧化物通过Cu2+和Fe3+的阴极电结晶过程原位自组装形成分布均匀的Cu/Fe纳米复合材料，原位Cu纳米颗粒明显改善了Fe电极高倍率和低温放电性能，性能明显优于传统铁镍电池Fe3O4电极材料。. 在执行项目过程中：1）共发表SCI收录论文8篇，其中5篇影响因子超过3.0，他引总36次；2）研究结果入编“十二五”国家重点图书《稀土金属材料》，冶金工业出版社，2011年8月出版；3）申请并公告了1项发明专利：钙钛矿系贮氢电极材料，陈云贵等，200910058637.5，公告日2010-05-19；4）培养硕博研究生5人，本科4人。. 从应用上分析，LaFeO3在较高温度如60℃具有应用潜力。