储氢合金Mg2Ni的制备及其储氢性能分析

Mg-Ni基储氢合金以其比容量高、成本低而倍受关注.采用感应熔炼法,在不高于900 ℃的温度下成功制备出Mg2Ni合金,X射线衍射及金相组织分析表明,合金中主相为Mg2Ni.对制备出的Mg2Ni合金进行气态吸放氢性能测试,结果表明,经粉碎后的合金粉体经第1次活化,吸氢量为3.15 wt%,2次活化后吸氢量达到3.49 wt%,接近其理论值,而合金块体在第2次活化后的吸氢量远小于合金粉体的吸氢量,且第3次活化后未见明显增大.     

Zn(BH4)2-LiNH2复合储氢材料的制备及储氢性能

以NaBH4,ZnCl2和LiNH2为原料,机械球磨法制备Zn(BH4)2-LiNH2复合储氢材料.采用X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、差示扫描量热-热重分析(DSC-TGA)和扫描电镜(SEM)和吸放氢测试装置等方法表征Zn(BH4)2-LiNH2复合储氢材料的物相、键合特征、热稳定性、储氢性能和形貌.结果表明:Zn(BH4)2-LiNH2复合体系在116℃和193℃时分别发生熔化和热分解.随着放氢温度的升高,体系在150℃时放氢气量为0.015 mol/g.而在200℃时,材料的放氢量增加至0.018 mol/g,提高放氢温度对该体系的放氢动力学影响有限.循环吸氢实验发现(BH4)2-LiNH2复合体系在150℃,0.1 MPa H2条件下不能可逆吸氢.     

钛锰二元合金的吸放氢性能

系统地研究了钛锰二元合金的吸、放氢量,压力组成等温线以及吸氢过程热力学函数(ΔHΔS)的变化。实验证实,对于不加均匀化退火和活化处理的二元钛锰合金,其综合吸放氢性能最佳的组成为TiMn_(1.15)-TiMn_(1.25)。     

金属催化剂对储氢材料(90-x)Mg5C5NCxM(M=Al,Mo或Ni,x=0～10)性能的影响

添加金属催化剂是改善镁基储氢材料储氢性能的有效方式。为研究金属Al,Mo,Ni对镁碳材料的储氢性能的催化作用,用氢气反应球磨法制备了镁碳储氢材料(90-x)Mg5C5NCxM(C=无烟煤基微晶碳,NC=针状焦,M=Al,Mo或Ni,x=0～10),并用排水法放氢测试装置和差示扫描量热分析仪对材料的放氢性能进行了测试。结果表明,添加适量的金属催化剂均能够提高材料的储氢密度,其中添加0.5%的Al可使储氢密度提高11.9%,达4.7%,但Al添加量≥2%时,物料在球磨时容易发生焊接,导致储氢密度降低;Ni具有催化储氢材料放氢的作用,材料89Mg5C5NC1Ni的初始放氢温度仅206.4℃,比不添加Ni时降低了119.2℃。     

LiBH4-xFx储氢材料的制备与性能研究

采用机械球磨方法制备不同球磨时间的LiBH4-xFx储氢材料。通过X射线衍射仪和DSC-TG同步热分析仪测试手段,研究LiBH4-xFx储氢材料的放氢温度以及其晶格特征形貌。结合DSC与XRD的测试结果,对于不同球磨时间所制的LiBH4-xFx样品,球磨24h制得的LiBH4-xFx样品放氢温度最低,即放氢主峰温度478℃。并且对于纯LiBH4熔融过程的热分解温度也降低了17℃。这是由于F部分取代LiBH4中H,LiBH4-xFx晶格形成的。     

Mg2FeH6储氢材料的反应机械合金化合成及其放氢性能

以Mg和Fe元素粉末为原料,在双行星式球磨机的氢气气氛中反应球磨,合成Mg2FeH6储氢材料.探讨分别采用Mg和Fe原料配比为化学计量(2-1)和非化学计量(3-1)直接反应球磨,以及采用将Mg和Fe混合粉末在氩气气氛中预磨20 h后再通氢反应等球磨方式.研究结果表明Mg和Fe以非化学计量比(3-1)在氢气气氛中直接球磨所得样品,Mg2FeH6的合成产率最高,达到83.7%;DSC和TGA测试显示样品实际放氢量为2.91%,Mg和Fe以化学计量比(2-1)直接反应球磨得到的Mg2FeH6具有最低的起始放氢温度204.4 ℃.     

MgH_2-Nb_2O_5体系吸氢动力学性能

采用高能球磨法成功制备了MgH_2H_2+x mol%Nb_2O_5(x-0.1、0.5、1和2)材料,并研究了Nb_2O_5添加量对MgH_2吸氢动力学性能的影响规律.XRD结果显示,Nb_O_5的加入未生成新相,晶粒大小约为30 am.SEM结果表明,Nb_2O_5的加入使颗粒变小.TEM结果表明,该材料具有纳米/非晶态的混合结构.这些结构有利于氢的吸附和扩散,可提高其动力学性能.吸氢动力学结果显示,当Nb_2O_5含量达1 mol%时,动力学性能最佳.该体系在523 K时500 s内吸氢量达到4.0%,20 s即达到最大吸氢速率为0.09%/8,573 K时500 s内吸氢量为4.7%.研究还发现,在523 K时,随Nb_2O_5含量的增加,吸氢量逐渐降低,这主要是由于不吸氢的Nb_2O_5含量的增加造成的;而在473 K时,随Nb_2O_5含量的增加,吸氢量却随之增加,此时起主要作用的是其催化能力.     

镁基固态储氢材料研究进展

 镁基储氢材料具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料。利用镁基储氢材料供氢主要有热分解放氢和水解产氢2种途径。MgH₂的热分解放氢焓值高（75 kJ/mol H₂）,造成其放氢温度较高、动力学差; MgH₂的水解过程中,由于常温水解产物Mg（OH）₂逐渐包裹在MgH₂表面,阻隔了MgH₂与水的接触,从而导致水解产氢效率较低。近年来,大量研究工作聚焦于改善MgH₂的热解/水解供氢性能及实际应用,已经取得了大量成果。针对目前国内外镁基固态储氢材料的研发,总结了材料/结构改性、反应条件对镁基储氢材料的热解/水解性能的影响,重点阐述了固态镁基储氢材料组成成分-微观结构-储放氢性能之间的关系,并对镁基储氢系统及实际应用场景进行了归纳。未来通过镁基固态储运氢技术的发展,将实现氢气的高安全、高效及大规模储运,助力中国氢能产业的发展。     

镁基合金与碳纳米纤维复合储氢材料的制备与性能研究(Ⅰ)--以化学镀Ni碳纳米纤维为前驱物热扩散法合成Mg2Ni-CNFs复合储氢材料

利用金属Mg易热扩散制合金的特性，以化学镀Ni的碳纳米纤维(Ni-CNFs)为前驱物，制备出了Mg-Ni合金与CNFs的复合储氢材料．并测试了其电化学性能，提出了镁基储氢合金与CNFs复合储氢材料的储氢机理．     

新型储氢复合材料Mg/MWNTs的氢化性能

采用催化反应球磨方法,研制成复合材料Mg-MWNTs(w=5%,20%).利用储放氢实验装置,测试了Mg/MWNTs吸放氢动力学性能.研究发现,复合材料Mg-MWNTs(w=5%,20%)在298 K和2.0 MPa氢压时最大储氢量都很低;在373 K、473 K和553 K温度时,Mg-5%(w)MWNTs的最大储氢量分别为5.34%、5.89% 和6.08%;而Mg-20%(w) MWNTs只有2.11%、2.68% 和2.75%.与其它储氢复合材料相比,复合材料Mg-5%(w)MWNTs在保持较好的最大储氢量基础上,具有很好的吸放氢动力学性能.     

高能球磨Fe-TiN间界面反应及磁性

利用X射线衍射(XRD)结合穆斯堡尔谱和宏观磁性测量研究了高能球磨Fe TiN体系的界面反应机制及界面磁性.结果表明：通过高能球磨，部分Fe原子扩散到TiN晶粒中形成顺磁相TiN(Fe)，Fe原子的扩散溶解随球磨时间增加而饱和.同时，部分TiN在球磨过程中分解成Ti和N并溶入Fe晶格形成铁磁性的Fe(Ti，N)固溶体.Ti和N原子溶入后使样品饱和磁化强度产生变化.随固溶量的增加，饱和磁化强度先增大后减小.     

快淬AB5型稀土储氢合金的微结构与电化学性能

采用磁悬浮感应熔炼法和快淬法制备了Mm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3稀土储氢合金,系统研究了快淬速度对合金微结构和电化学性能的影响.X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)分析表明,快淬态合金中出现了新相LaNi3和La2Ni3,且LaNi3和La2Ni3相含量随快淬速度的增大而增大.电化学性能测试表明,合金的放电特性和最大放电容量随快淬速度的增大呈现出先变好后变坏的变化规律,15m/s快淬态合金的放电特性和最大放电容量达到最佳.此外,恰当的快淬速度能明显改善合金的循环稳定性.     

纳米晶与非晶Mm(NiCoMnAl)_5结构及氢扩散系数研究

通过循环伏安法测定了纳米晶态与非晶态Mm(NiCoMnAl),贮氢合金电极中的氢扩散系数,并利用XRD、TEM和SAED对贮氢合金进行了结构表征.结果表明:纳米晶合金比非晶合金具有更高的结晶度和细小的晶粒尺寸,大量的晶界为氢原子提供了良好的扩散通道,有利于氢在合金中的扩散,提高了合金电极中氢的扩散系数.     

机械球磨法合成Fe-18Cr-9W纳米合金粉末

采用机械球磨法制备Fe-18Cr-9w（质量分数）合金粉末，并用DTA、XRD、BET和SEM等分析手段对不同球磨时间所得的合金粉末进行表征。结果表明粉末球磨35h后，粉末粒度在40．80砌之间，平均粒径为50nm。XRD结合DTA的分析结果表明通过机械球磨可以得到Fe-Cr-w纳米合金粉末。高性能球磨能使晶粒内部产生较大的晶格畸变和缺陷，使粉末扩散加速加快。扩大Cr和W在铁相中的固溶溶解度，形成过饱和固溶体和非晶体。     

高能球磨Ti/Al复合粉固相反应烧结工艺

采用金相和能谱方法对Ti、Al箔的固相扩散反应行为进行了研究,建立了TiAl3相层厚度生长的计算公式.并在此基础上,探讨了球磨Ti/Al复合粉的两步固相烧结工艺.研究表明:两步固相烧结法可有效抑制烧结引起的粉末体变形,获得具有典型显微组织的致密烧结材料;尽管延长低温预烧时间可获得由TiAl与Ti3Al组成的热稳定性较好的组织,但组织致密度偏低,为了获得高致密的TiAl合金,仍需后续高温烧结.实验还表明,高能球磨促进了TiAl基合金组织细化,且球磨时间越长烧结组织晶粒越细小;双态组织中的层片组织含量随球磨时间延长而增加,但长时间球磨由于非晶化的出现又会引起层片组织含量下降.     

不饱和树脂/石墨烯复合材料的制备及性能

采用球磨法制备不饱和聚酯树脂/石墨烯纳米复合材料,并对其力学性能、动态力学性能和导电性能进行研究.结果表明:石墨烯微片经过球磨被剥离成厚度低于5层的石墨烯;制备的不饱和聚酯树脂石墨烯复合材料与纯的不饱和聚酯树脂相比,当石墨烯的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、杨氏模量、弯曲强度均达到最大值,分别提高44.99%,47.67%和55.08%;复合材料的冲击性能基本不受石墨烯加入的影响;且复合材料的渗滤阀值为6%.     

Mg+10%TiFe1-xCrx(x=0,0.3)复相合金的储氢特性

采用高能机械球磨法制备了Mg 10%TiFe1-xCrx(x=0,0.3)复相储氢合金,对比研究了球磨复相合金和球磨纯镁的微结构与储氢性能.研究结果表明:在纯Mg中添加质量分数为10%的TiFe1-xCrx(x=0,0.3)进行复合球磨,可以明显提高其吸放氢性能;在相同温度条件下,x=0.3的含铬复相合金具有最佳的吸放氢性能,其中在613 K下的吸氢容量(氢的质量分数)为7.14%,放氢容量(氢的质量分数)为6.91%;在493～573 K的较低温度下,含铬复相合金表现出更好的放氢动力学性能.通过XRD、SEM、EDS分析研究表明,TiFe1-xCrx(x=0,0.3)合金粉以细小颗粒的形式分散镶嵌在镁粉基体上成为催化活性点,改善了体系的吸放氢性能.     

LaNi5+TiFe0.9Mn0.1合金的贮氢性能

用冶炼法合成LaNi5 TiFe0.9Mn0.1复合贮氢合金,研究了LaNi5 TiFe0.9Mn0.1合金的贮氢性能。研究结果表明:由于TiFe0.9Mn0.1合金的加入,可有效地降低LaNi5的平台压力;当TiFe0.9Mn0.1的质量分数为15%左右时,放氢曲线中出现两个平台;TiFe0.9Mn0.1的质量分数趋于25%时,它的平台压力又逐渐升高,贮氢量逐渐增大,温度升高则第二个平台消失,贮氢量降低。该合金适用于低温贮氢。     

Mg2Ni+x0.5 wt% V2O5+y0.5 wt Ni(x,y=0,1)复合体系的贮氢和电化学性能研究

用球磨方法制备Mg2Ni x0.5 wt%V2O5 y0.5 wt Ni(x,y=0,1)复合贮氢合金,并进行气态吸放氢变温动力学与电化学充放电实验.结果表明,x,y=1时体系的气态吸放氢和放电容量效果最好,多元复合的放电容量超过单一化合物的放电容量的总和.