LaNi_(2.5)Co_(0.5)储氢合金在充放电循环过程中的电化学性能研究

以感应熔炼法制备的LaNi_(2.5)Co_(0.5)合金为研究对象,对该合金及其氢化物的相结构进行了分析,并对合金电极的放电容量保持率、高倍率放电性能、氢扩散系数及极化电流密度等电化学性能进行了研究.结果表明:吸氢后的合金会产生明显的非晶化现象,造成合金吸放氢能力和氢化物稳定性下降.随着循环次数的增加,合金的放电容量和高倍率放电性能均表现出先快速下降到逐渐缓慢降低的趋势,而合金的氢扩散系数和极化电流密度却呈现出不同的变化趋势.高倍率放电性能的下降主要与合金表面反应活性相关,说明表面劣化现象是造成合金电化学性能衰退的主要因素.     

影响氢化物电极放电过程的因素

为设计和筛选高性能贮氢合金，对影响氢化物电极放电过程的因素进行理论研究，根据氢化物电极的结构及放电过程，推导出多孔氢化物电极的极化方程．实验结果表明，在制备氢化物电极时，应注意选择贮氢合金颗粒尺寸和填充密度来增大单位体积反应层中的反应表面积和缩短氢扩散距离，以降低氢浓差极化程度；注意添加催化剂，降低电化学极化程度；并添加导电剂，以降低电极的电阻极化程度     

影响氢化物电极放电过程的因素

为设计和筛选高性能贮氢合金，对影响氢化物电极放电过程的因素进行理论研究，根据氢化物电极的结构及放电过程，推导出多孔氢化物电极的极化方程。实验结果表明，在制备氢化物电极时，应注意选择贮氢合金颗粒尺寸和填充密度来增大单位体积反应层中的反应表面积和缩短氢扩散距离，以降低氢浓差极化程度；注意添加催化剂，降低电化学极化程度，并添加导电剂，以降低电极的电阻极化程度。     

金属氢化物吸附和脱附过程的数值分析

结合化学吸附的机理，提出圆柱筒型金属氢化物吸氢、放氢的物理和数学模型。以金属氢化物ＬａＮｉ４．７Ａｌ０．３为例进行数值模拟，计算了不同时间的金属氢化物的反应锋面位置、热流量和吸氢量等参数。还研究了不同边界条件下，金属氢化物吸氢、放氢的传质情况及金属氢化物导热系数对金属氢化物的吸附、脱附的影响，并对不同类型金属氢化物在相同条件下的吸附性质进行了对比。研究证明：利用金属氢化物贮氢，应尽量减薄反应层的厚     

CeNi5—xCux吸氢性能研究

样品在氩气氛下采用高频感应炉制备,所有样品经过均匀化热处理。在20,40和60℃下测量CeNi_(5-x)Cu_x饱和吸氢量,吸氢动力学曲线和放氢曲线。 在20和40℃,CeNi_3Cu_2压力一组成等温图中有较宽和明显的平台压力区,吸、放氢速度较快。若用Cu取代CeNi_5中部分Ni则成本可有所降低。CeNi_3Cu_2是很有发展前途的贮氢材料。CeNi_5和CeNi_4Cu在相同条件下不具有吸氢性能。CeNi_(5-x)Cu_x具有CaCu_5结构。     

氢对Ti—Al—Zr钛合金管材的组织和性能的影响

分析和试验了Ti -Al -Zr单相α -钛合金管材的化学成分、金相组织和室温机械性能后 ,采用人工吸氢法使该种钛合金材料获得了不同的氢含量。进而 ,测出了其延伸率随氢含量变化的关系曲线 ,从而认识到氢对该材料的塑性指标会造成显著的影响。随后 ,用氢含量为 132× 10 -6、342× 10 -6和 80 8× 10 -6的 3种试样和它们的拉伸断口分别进行了金相和SEM分析。观察到了不同氢含量的样品中氢化物的金相形态及其分布特征 ;由对拉伸断口的分析工作 ,得出氢化物呈薄片状析出的特点 ,而惯析面为α相 (hcp结构 )的基面、近基面和其它易滑移面。最后 ,讨论了氢化物的种类、析出特征 ,并对氢化物在无织构的钛合金管材内的分布特点对其氢损伤的影响程度作了说明     

氢对Ti—Al—V钛合金的冲击韧性及组织的影响

在分析和试验了Ti-Al-V钛合金锻材的化学成分、金相组织和室温机械性能后，将其加工成冲击试样，采用人工吸氢法使其获得了不同的氢含量。继而，测出了该种钛合金的冲击韧性值（αK）与氢含量的关系曲线。随后，用氢含量为48ppm、137ppm、361ppm和666ppm的4个样品和它们各自的冲击断口，分别进行了金相和扫描电镜（SEM）的分析工作，获得了不同氢含量的此种钛合金的金相组织及其氢化物在组织中的分布和形态；再结合对不同氢含量试样的冲击断口的SEM分析结果，得到了氢化物呈细小的薄片状析出及其在此种合金内的析出特征。     

贮氢合金及其在交通运输上的应用

在简要介绍有关贮氢合金及镍－氢化物电池概念的基础上,重点结合贮氢材料在交通运输领域的应用情况和相关贮氢材料和研究,讨论了镍－金属氢化物二次电池作为静态电源和船舶动力电源、船用柴油机掺氢燃烧减少排放污染、潜艇氢化物薄膜吸氢剂与氢传感器、燃料电池动力电源等。提出了加强氢能技术的研究,促进贮氢材料在交通运输、尤其是航运与船舶动力装置中应用的一些看法。     

金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002 m2·K/W减小到0.0005m2 ·K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5％;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.     

富镧混合稀土镍铝系合金贮氢特性的研究

本文研究了以富镧混合稀土(简称Ml)为吸氢元素组成的MlNi_(5-x)M_x(M为Al等合金元素)合金的贮氢特性。测定了试验合金在不同温度下的等温线和动力学曲线及吸、放氢前后的品格常数的变化,计算出该合金氢化物的热焓和熵变,并就主要贮氢特性与MlNi_5和LaNi_5比较,说明本合金只有一系列的优点,特別是抗中毒和再生性能优良,是一种很有价值的贮氢合金。     

球磨时间对TiZr氢化物掺杂NaAlH4储放氢性能的影响

采用XRD、Sievert等容法储放氢性能测试、SEM等分析手段,研究了球磨工艺对TiZrH1.7～1.9氢化物掺杂NaAlH4材料的形态、物相及可逆储放氢性能的影响.研究结果表明:TiZrH1.7～1.9氢化物掺杂NaA1H4可以实现可逆吸放氢,其中球磨10 h的复合储氢材料在160℃、0.1 MPa放氢条件下,总放氢量(质量分数)达4.5%,40 min可逆放氢量超过3.0%,显示了良好的储放氢动力学性能;TiZrH1.7～1.9氢化物在复合储氢材料吸放氢前后保持物相和结构不变,对NaAlH4配位氢化物的可逆储放氢反应起到了催化改善作用.     

过渡元素V、Cr、Fe、Co在贮氢合金TiMnM中的作用机理

利用电荷自洽离散变分Xa(SCC-DV-Xa)方法计算了TiMn2、TiMnM(M=V、Cr、Fe、Co)及其氢化物的电子结构,给出了TiMn2、TiMnM(M=V、Cr、Fe、Co)氢化物电荷等密度分布及TiMn2、TiMnFeH吸氢前后H1s、Mn3p、Ti3p、Fe3p轨道的分波态密度,并从中分析了电子结构对吸氢性能的影响.结果表明 :加入Cr和V取代Mn之后,其与Mn的亲和力相差较大,TiMn2氢压平台曲线变陡加入Fe、Co取代Mn之后,其与Mn的亲和力较接近,其氢压平台曲线就较平,在TiMnCrH和TiMnVH中,H原子与Mn原子与的成键作用强于其与替代元素之间的相互作用;替代元素3p轨道成键峰的减弱是合金滞后效应减小的主要特征;加入V使合金晶胞体积增大,这是V的加入能降低贮氢合金的平台压力的原因.     

四元镧系吸氢合金的制备与性质研究

用共沉淀还原扩散法成功地制备了新的镧系吸氢合金ＬａＮｉ４Ｃｕ１－ｘＭｎｘ（ｘ＝０．２５，０．５，０．７５），对合金进行了ＸＲＤ、ＳＥＭ、吸氢测试和热力学研究，结果表明，这些合金易活化，吸氢容量较高，其氢化物的稳定性与合金的晶胞体积之间存在线性关系，这种关系对预测氢化物稳定性有一定的指导意义。     

密闭容器中痕量氢气的分析测试研究

讨论了对密闭容器中痕量氢气样品利用钯合金吸氢的特性进行浓缩的方法,对钯合金的吸氢容量做了理论分析,采用样品气透过钯管的方式进行了实验研究。结果表明:利用钯合金吸氢特性设计的透氢装置,以高纯N:为携带气,在温度390～450℃、适当的样品气流速条件下,H2渗透率达70％-80％且恒定,可用于氢的痕量分析;经稳定性、可靠性实验证明该分析方法具有精度高、简便迅速等特点,对痕量氢气的检测极限可提高10-100倍。     

贮氢合金动力学测试方法的研究

通过对贮氢合金动力学主要研究内容的分析，研究探讨了在等容差压法热力学测试装置上进行等温等压的吸放氢动力学曲线的测定。用该装置直接进行测定，只能得到压力变化的动力学曲线，为解决等压问题，采用了在不同初始氢压下进行多条吸氢曲线的测试、计算并绘出某一恒定氢压下吸氢量与吸氢速度的关系曲线，进而利用数值积分公式计算并绘出吸氢量与时间关系动力学曲线。通过ＬａＮｉ＿５合金动力学曲线的测定，证明了该合金的良好动力学性能和测定方法的可信性。     

Nb-Mo(Co)合金相结构及其氢渗透特性研究

为了研究合金化对Nb相结构和渗氢性能的影响,以Nb-14Mo和Nb-7Mo-7Co合金为研究对象,采用精细X射线衍射(XRD)分析、吸放氢压强—成分—等温曲线(PCT)分析和三点抗弯实验。研究表明:熔炼制备的Nb-14Mo和Nb-7Mo-7Co合金均为铌的固溶体,氢化后生成Nb H0.95氢化物相,较小原子半径的Mo和Co添加会引起固溶体及其氢化物相晶胞参数减小和晶胞畸变收缩。同Nb-14Mo合金相比,Nb-7Mo-7Co合金的氢化物生成焓值较高(-35.8 k J/mol),氢化处理前后的Nb-7Mo-7Co合金膜均具有较好的抗弯机械性能,表明Co部分替换Mo,能降低氢化物的稳定性,有利于氢化物脱氢,并能够改善Nb-14Mo合金的抗弯机械性能。     

LaNi4.25Al0.75包覆多孔SiO2的改性及其电化学性能

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备多孔SiO2凝胶,将LaNi4.25Al0.75合金粉与凝胶混合在500℃进行真空烧结。将真空烧结所得样品在吸氢系统中进行吸、放氢性能测试,用恒流电池测试仪研究其电化学性能。研究结果表明:所得样品的抗氧化性能明显比纯LaNi4.25Al0.75合金粉的抗氧化性能强,在常温下吸氢后暴露在空气中没有出现自燃现象;所得样品在吸、放氢测试中表现出良好的稳定性能,当以1C放电到0.9 V时,经30次充、放电循环后,纯LaNi4.25Al0.75合金的初始容量为270 mA.h/g,容量衰减27.8%;包覆多孔SiO2凝胶后其初始放电容量为260 mA.h/g,容量仅衰减7.5%。     

TiFe合金电子结构与储氢性能的相关性研究

利用电荷自洽离散变分(SCC—DV—Xa)电子结构计算方法，计算TiFe储氢合金及其氢化物的电子结构，分析电子结构与储氢性能的相关性。结果表明，在TiFe合金氢化物中，H原子进入八面体晶胞中，H原子与Fe原子间成键作用明显比H原子与Ti原子间的成键作用强，使晶胞体积主要沿晶格的[110]方向发生膨胀；TiFe合金八面体晶胞中Ti原子与Fe原子间形成离域键，在吸氢后成键作用有所增强，使合金吸氢后的体积膨胀率较小，这是其反复吸放氢过程不容易粉化的原因之一。     

AB_3型La_(0.7)Mg_(0.3)Ni_(2.5)Co_(0.5)合金的相结构与放电容量衰退机理研究

本文以AB_3型La_(0.7)Mg_(0.3)Ni_(2.5)Co_(0.5)合金为研究对象,对合金电极在循环过程中的放电容量保持率、高倍率放电性能、氢扩散系数以及极化电流密度进行了研究.结果显示,该合金及其氢化物的相结构分别由单一的α和β型PuNi3相构成,虽然抑制了合金的氢致非晶化,但氢化物的衍射峰不仅向低衍射角方向偏移而且也有明显的宽化.随着循环次数的增加,合金的高倍率放电容量保持率与低倍率放电容量保持率基本一致,而氢扩散系数和极化电流密度却呈现出不同程度的增长和下降.因此,合金的电化学动力学性能受到表面反应活性的控制,表面劣化是合金电化学动力学性能衰退的主要因素.     

Mg+x% Mm(NiCoMnAl)5复合储氢材料吸放氢性能研究

采用高能球磨法制备了Mg x%Mm(NiCoMnAl)_5(x=10、20、30和40)纳米晶和非晶混合结构的复合储氢材料,并对其结构和吸放氢性能进行了研究．XRD结果表明,Mg与Mm(NiCoMnAl)_5球磨200h后有Mg_2Ni和La_2Mg_(17)相生成．吸氢动力学研究发现,在423K和3．4 MPa下,随着x增大,吸氢速率和最大吸氢量都出现了先增大后减小的趋势．当x=20时,复合材料的吸氢性能达到最佳,其最大吸氢速率达到0．45%/s,50s内即可吸氢3．6%．热重分析结果表明,Mg的氢化物相放氢温度降低到259℃(x=40)．