《稀土系储氢合金电化学动力学 性能测试方法》

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

团体标准

T/CSTMXXXXX—202X

稀土系储氢合金电化学动力学性能

测试方法

Testmethodforelectrochemicalkineticspropertiesof

rareearthbasedhydrogenstoragealloys

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTMXXXXX—202X

稀土系储氢合金电化学动力学性能测试方法

警示——使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问

题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1范围

本文件规定了稀土系储氢合金交流阻抗和氢扩散系数的测试方法。

本文件适用于稀土系储氢合金交流阻抗和氢扩散系数的测试。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅

该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T7160羰基镍粉

GB/T26412金属氢化物-镍电池负极用稀土系AB5型贮氢合金粉

GB/T31963金属氢化物-镍电池负极用稀土镁系超晶格贮氢合金粉

YS/T484金属氢化物-镍电池负极用储氢合金比容量的测定

3术语和定义

3.1

定义1definition1

荷电状态（Stateofcharge简称SOC）

充电容量与额定容量的百分比

4方法提要

4.1交流阻抗

以小振幅的正弦波电压信号（或电流信号），使电极系统产生近似线性关系的响应，测量

电极系统在很宽频率范围内阻抗变化曲线的方法。通过研究实部和虚部构成的复阻抗平面图来

获得研究体系内部的有用的信息。

4.2氢扩散系数

利用电位阶跃法，在电极放电后期，电极放电电流主要受到合金内部氢原子的扩散速率控制。通过

测量电极放电电流和时间的关系，可以推算出合金电极内部氢原子的扩散系数。

1

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5仪器和设备

5.1电池测试仪

电流范围：0~100mA；

电压范围：10mV~5V。

5.2电化学工作站

最大测量电压：±100V；

电位扫描范围：±30V；

电流范围：10nA~1A；

最小电流分辨率：30fA；

最小测量电位分辨率：0.3μV。

5.3电子天平

分度值0.0001g。

5.4小型点焊机

焊点面积大于1mm2。

5.5小型压片机

压力范围：0~40MPa。

5.6水浴恒温槽

温度控制精度：±1℃。

5.7粉末压制成型模具

规格尺寸符合YS/T484中3.9的要求。

5.8测试装置及说明

三电极测试装置见图1：

2

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正极负极参比电极

图1开口三电极测试装置

6试剂与材料

6.1氢氧化钾溶液

浓度为6.0±0.1mol/L。

6.2储氢合金粉

粒度分布符合GB/T26412中负极湿法成型用粉的要求。

6.3羰基镍粉

化学成分和粒度应符合GB/T7160的要求。

6.4金属镍带

厚度为0.2±0.002mm，宽度为4±0.005mm。

6.5烧结氢氧化亚镍

片状，充放电循环寿命大于1000次。

6.6泡沫镍

孔隙率≥96%，面密度350±25g/m2。

7试样制备、装配与活化

试样的制备、装配与活化按照XB/T702中的规定执行。

8测试步骤

8.1交流阻抗的测试

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8.1.1电极状态

50%SOC：以1C电流密度（C为电极活化最大的放电容量，设置充电电流=C*合金有效质量，每

个电极需单独设置）充电35min后停止。

8.1.2开路电位测试

RunTime（sec）=3600，

SampleInterval=1，

HighELimit（V）=-0.8，

LowELimit（V）=-1，

运行程序，运行过程中观察开路电位变化情况，待开路电位小数点后三位在1min内不变化时即认

为电位已稳定，记下该开路电位值，停止该测试。如电位不稳定，则重复以上测试直至稳定。

8.1.3参数设置

HighFrequency(Hz)=10kHz；

LowFrequency(Hz)=5mHz。

8.1.4测试

按照仪器设定程序进行测试。

8.1.5结果与表述

将测试数据绘制成合金电极的交流阻抗图谱，合金电极的交流阻抗图谱（EIS）由高频区的小半圆、

中低频区的大半圆组以及低频区的韦伯斜线组成。合金电极高频区的小半圆主要对应于电极片与集流体

之间的接触阻抗，中频区的容抗弧则与合金电极表面形成的双电层所具有的阻抗与容抗有关，低频区的

韦伯斜线是与氢原子在合金内部扩散所引起的韦伯阻抗有关。

8.2氢扩散系数测试步骤

8.2.1电极状态

100%SOC：以1C电流密度（C为电极活化最后一个循环的放电容量，设置充电电流=C*合金有效

质量，每个电极需单独设置）充电72min后停止；

8.2.2参数设置

t0：0；

t1:3600s；

起始电位E0:开路电位；

阶跃电位E1:0.6V。

4

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8.2.3测试

按照仪器设定程序进行测试。

8.2.4结果与表述

电位阶跃进行后期电流i和时间t之间存在（式2）关系：

6FD2D

logi=log(C0−Cs)−t…………………（2）

da22.303a2

2.303a2dlogi

D=−……………（3）

2dt

式中：

I-电流密度（A∙g-1）；

F-法拉第常数（C∙mol-1）；

D-扩散系数（cm2∙s-1）；

-3

C0-合金中氢起始浓度（mol∙cm）；

Cs-合金表面氢起始浓度（mol∙cm-3）；

t-放电时间（s）；

a-合金颗粒粒径；

d-合金密度（g∙cm-3）。

恒电位阶跃曲线是以logi为横坐标时间t为纵坐标绘制图谱。对其分析通常是在阶跃曲线的后期线

性部分求得直线部分斜率dlogi/dt并结合上（式3）计算氢在合金内部的扩散系数。

9精密度

9.1重复性

在重复性条件下获得的两次独立测试结果的测定值的差值不超过重复性限（r），超过重复性限（r）的

情况不超过5%，重复性限（r）使用表1测得的数据按照GB/T6379.2的规定求得。

表1重复性限（r）

交流阻抗氢扩散系数D

重复性限（r）重复性限（r）

0.0390.542

9.2再现性

在再现性条件下获得的两次独立测试结果的差值不超过再现性限（R），超过再现性限（R）的情况不超

过5%，再现性限（R）使用表2测得的数据按照GB/T6379.2的规定求得。

表2再现性限（R）

交流阻抗氢扩散系数D

5

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重复性限（R）重复性限（R）

0.0960.801

10试验报告

1)试验报告应包括以下内容：

2)本标准号

3)鉴别试样的必要说明

4)测试时间

5)测定结果

6)本标准未规定的操作

7)可能影响结果的任何情况。

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附录A

（资料性）

起草单位和主要起草人

本文件主要起草单位：包头稀土研究院

本文件参与起草单位：鄂尔多斯应用技术学院、内蒙古科技大学、内蒙古稀土功能材料创新

中心有限责任公司、钢铁研究总院有限公司、内蒙古稀奥科贮氢合金有限公司、中稀（微山）稀土

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