高容量鎂基儲(chǔ)氫復(fù)合材料的制備與儲(chǔ)氫特性.pdf

1、鎂基儲(chǔ)氫材料具有儲(chǔ)氫量大、價(jià)格低廉、。比重輕等特點(diǎn)，但其存在氫化物熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸放氫溫度高和動(dòng)力學(xué)性能差等問題，限制了它的實(shí)際應(yīng)用。本文在對國內(nèi)外鎂基儲(chǔ)氫材料的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，選擇鎂(或鎂基合金)與其它金屬氫化物的復(fù)合球磨改性為研究內(nèi)容，采用機(jī)械球磨和真空熔煉等方法制備了不同配比的鎂基儲(chǔ)氫復(fù)合材料，研究了相關(guān)的相結(jié)構(gòu)和吸放氫性能。 對Mg+10wt％TiFe<,1-x>Cr<,x>(x=0，0.05，0.3)復(fù)合體

2、系的研究表明：在純Mg中添加10wt.％TiFe<,1-x>Cr<,x>(x=0-0.3)進(jìn)行復(fù)合球磨，可以明顯提高其吸放氫性能，其中含Cr復(fù)相合金具有較好的低溫放氫動(dòng)力學(xué)性能；在相同溫度條件下，x=0.3的含Cr復(fù)相合金具有最佳的吸放氫性能，其在340℃時(shí)的吸氫容量為7.14wt.％、放氫容量為6.91 wt.％。進(jìn)一步對MgH<,2>+x wt.％TiFe<,0.7>Cr<,0.3>(x=5，10，15，20)復(fù)合體系的研究表明：經(jīng)

3、復(fù)合球磨改性后合金在180-220℃低溫下表現(xiàn)出更好的的吸氫動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢，在180℃和3 h內(nèi)吸氫達(dá)到2.5wt.％以上；相結(jié)構(gòu)分析表明，熔煉制備的TiFe<,0.7>Cr<,0.3>由多相組成，在與MgH<,2>進(jìn)行復(fù)合球磨后形成了納米晶結(jié)構(gòu)，對鎂基材料的吸氫動(dòng)力學(xué)性能起到改善作用。進(jìn)一步對Mg+xwt.％TiCr<,1.8> (x=5，10，15,20,30)復(fù)合體系的研究表明：與TiCr<,1.8>(x=5-30)進(jìn)行復(fù)合球磨可以進(jìn)

4、一步改善Mg的儲(chǔ)氫性能，其中Mg+15 wt.％TiCr<,1.8>材料在180℃和7000 s內(nèi)的吸氫量達(dá)到4.02wt.％以上；分析表明，TiCr<,1.8>在球磨過程中形成的許多缺陷，促使氫分子首先與合金發(fā)生反應(yīng)，對鎂的吸放氫過程起著催化作用，同時(shí)TiCr<,1.8>本身具有較好的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能，從而較好地改善了鎂基合金的儲(chǔ)氫性能。 對氫氣氛下球磨的Mg+xwt.％LaMg<,2>Ni(x=5，10，20，30)復(fù)合體系

5、的研究表明：球磨復(fù)合物比球磨純Mg具有更好的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能，所有球磨復(fù)合物在120 ℃和1000s內(nèi)均可吸氫達(dá)到3.0wt.％以上，其中Mg+10wt.％LaMg<,2>Ni體系在120℃下具有更佳的綜合儲(chǔ)氫性能；XRD和SEM分析表明，添加LaMg<,2>Ni復(fù)合球磨后使鎂基體的比表面積明顯增大，增加了氫與鎂基合金的接觸范圍，同時(shí)合金中存在的更多相邊界和微缺陷，也為MgH<,2>的結(jié)合與分解提供了催化活性點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，對綜合性能最

6、好的Mg+10 wt.％LaMg<,2>Ni材料通過加Nb球磨改性，進(jìn)一步研究了Mg+10 wt.％LaMg<,2>Ni+xwt.％Nb(x=0，5，10，15)的結(jié)構(gòu)與性能，結(jié)果表明：加Nb球磨后，體系中的單質(zhì)Nb基本消失，已擴(kuò)散到Mg/MgH<,2>中形成了bcc和fcc新相：但加：Nb球磨后體系的吸放氫性能有所下降，這是因?yàn)镹b對Mg的催化效應(yīng)被淹沒在LaMg<,2>Ni對Mg的催化效應(yīng)之中，同時(shí)加Nb所占的重量百分比也使原有儲(chǔ)氫

7、容量有一定的降低，如x=0和x=10的復(fù)合物之間在120-180℃下的吸氫容量有10％左右的差距。 對RE<,2>Mg<,17>Ni<,1+x> (x=0，0.5，1.0，1.5)系熔鑄合金的研究表明：所有合金首次吸氫即可完全活化，在120-180℃下500 s內(nèi)的吸氫量都達(dá)到2.8 wt.％以上(最大吸氫量為3.2wt.％ I左右)；而在300℃時(shí)的可逆儲(chǔ)氫量可達(dá)4.2 wt.％左右，其中RE<,2>Mg<,17>Ni<,2.

8、5>具有更佳的放氫動(dòng)力學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上，對比研究了鑄態(tài)RE<,2>Mg<,17>Ni<,2.5>合金和球磨制備的RE<,2>Mg<,17>Ni<,2.5>+xwt.％Mg (x=0，20，40)復(fù)合物的儲(chǔ)氫性能。結(jié)果表明：鑄態(tài)RE<,2>Mg<,17>Ni<,2.5>合金比球磨RE<,2>Mg<,17>Ni<,2.5>具有更好的吸氫性能，而RE<,2>Mg<,17>Ni<,2.5>+xwt.％Mg(x=20，40)球磨復(fù)合物的吸氫性能

9、則優(yōu)于鑄態(tài)RE<,2>Mg<,17>Ni<,2.5>合金，其中RE<,2>Mg<,17>Ni<,2.5>+40 wt.％Mg復(fù)合物具有最好的高溫(120-180℃)吸氫性能(最大吸氫量>4.4wt.％)，而RE<,2>Mg<,17>Ni<,2.5>+20 wt.％Mg復(fù)合物具有更好的60℃吸氫性能和280-300℃放氫性能；通過XRD、SEM、EDS等分析表明，游離態(tài)的Mg包裹或附著在RE<,2>Mg<,17>、Mg<,12>RE、Mg