铈镍合金的“氢通道”和“氢溢出”效应协同改善氢化镁的储氢性能

氢化镁（MgH₂）因其储氢容量高(7.6wt%)、资源丰富、可逆性好等优势而在能源材料的开发方面得到了越来越多的关注。然而,MgH₂较强的金属–氢键导致其吸放氢反应动力学缓慢、热力学稳定性过高,难以获得广泛的实际应用。本文成功设计并合成了CeNi₅合金,有效改善了MgH₂的储氢性能。研究结果表明,氢化以及湿化学球磨处理后的CeNi₅ 合金呈现片层状结构,MgH₂–CeNi₅复合材料中CeNi₅含量的增加可以有效地降低MgH₂的起始放氢温度。 MgH₂–5wt%CeNi₅复合材料的初始放氢温度为174°C,比纯MgH₂的放氢温度降低了156°C。复合体系在275℃的温度下,10分钟内释放出约6.4wt%的H₂。此外,完全脱氢的样品在175℃的低温下吸收了4.8wt%的H₂,并且吸氢过程的表观活化能从(73.60 ± 1.79)下降到(46.12 ± 7.33) kJ/mol。微观结构分析表明,原位生成的Mg₂Ni/Mg₂NiH₄和CeH_2.73分别展现出“氢通道”和 “氢溢流”效应,从而有效增强了MgH₂–5wt%CeNi₅复合材料的储氢性能。     

储氢介质MgH2水解制氢研究进展

概述了MgH₂水解制氢的机理,辨识了制约其水解制氢性能的瓶颈问题,即水解过程生成的Mg(OH)₂钝化层阻碍了反应的继续进行,从而导致制氢效率迅速衰减．如何突破Mg(OH)₂钝化层的限制是促进MgH₂水解反应的核心问题．通过对已有文献的归纳、总结与分析,综述了提升MgH₂水解制氢性能的各种方法,包括降低颗粒尺寸、改变水溶液成分(加酸或盐)、使用添加剂或催化剂(金属或氢化物、碳质材料、氧化物、盐)和超声振动等．对效果显著的改变水溶液成分和使用添加剂/催化剂两种方法进行了重点介绍．最后,针对MgH₂水解制氢的研究现状提出了建议,并指出了未来研究的重点与方向．     

镁基储氢材料的研究进展

从镁基储氢材料体系入手,综述了该体系的研究情况及近期进展．对镁基储氢材料进行了合理的分类,将其分为单质镁储氢材料、镁基储氢合金和镁基储氢复合材料．并结合各类镁基储氢材料的国内外研究状况,指出要改善镁基储氢材料的储氢性能,必须走多元合金化的路线并在学习有关理论的基础上,采用优化合金成分与新的合成方法来进一步提高材料的储氢性能．     

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℃。     

高密度储氢材料的研究进展

氢是一种清洁的燃料,氢能被公认为人类未来的理想能源,而氢能的利用最关键的环节就是氢能的储存。氢的储存是氢能现阶段开发和利用的瓶颈。氢的储存方法有高压气态储存、低温液态储存和固态储存等3种,其中高压气态储存或低温液态储存不能满足将来的储氢目标。固态储氢是通过化学或物理吸附将氢气储存于固态材料中,其能量密度高且安全性好,被认为是最有发展前景的一种氢气储存方式。目前该领域的研究取得了一些阶段性的成果,虽然目前发展的各种材料都有不易克服的缺点,但储氢材料的前景还是十分广阔的。高密度储氢材料由轻元素构成,包括铝氢化物、硼氢化物、氨基氢化物、氨硼烷等,理论储氢质量分数均达到5%以上。简述了氢能的优势及储存方法,介绍了镁基储氢材料、络合物储氢材料、Li-B-H系和2种或2种以上储氢材料复合4类有望实用化的储氢材料的研究现状,并指出了储氢材料的发展方向。     

Mg2Ni型镁基储氢合金研究新进展

镁基储氢合金因其具有较高的储氢容量、资源丰富和良好的吸放氢平台而被认为是最具应用价值的金属储氢材料之一.综述了镁基储氢材料尤其是Mg2Ni型镁基储氢合金材料实验和理论研究的新进展,讨论了现有的镁基储氢合金材料的优缺点,同时也提出一些尚需深入研究的问题.     

镁基储氢材料的研究

总结近几年来镁基储氢材料的研究发展概况，重点综述元素取代、复合处理、表面改性及机械合金化等方法对镁基储氢材料性能的影响，探讨镁基储氢材料研究中存在的问题以及今后研究的重点。     

铝氢化钠储氢性能及其改进方法研究进展

配位氢化物NaAlH₄具有较高的储氢密度且生产成本低廉,是一种典型的储氢材料;然而,较高的脱氢温度、较慢的氢吸放速率及较差的可逆性限制了其实际应用。作为一种很有前途的车载储氢介质,其储氢性能的改性研究长期备受关注。论述了NaAlH₄储氢性能及其改进方法,阐明了添加催化剂和结构纳米化2种基本改进方法的原理,也阐述了理论模拟在研究NaAlH₄储氢性能中的重要促进作用。     

纳米限域镁基储氢材料研究进展:小综述

氢气因其高热值、来源丰富而被认为是一种理想的清洁能源。然而,要想以一种高密度、廉价和安全的方式储存氢是氢能蓬勃发展的主要限制。镁基储氢材料具有储氢容量大（7.6wt%）、性能好、成本低等优点,被认为是一种很有前途的固态储氢材料。但目前仍需要克服高热力学稳定性和缓慢动力学上的障碍。解决这些问题的方法大致分为添加催化剂和控制颗粒尺寸两种。而许多研究都表明镁颗粒可以很容易地进入到支撑模板的孔隙中,在这个过程中由于模板孔隙限制的原因可以有效的限制颗粒聚集从而达到控制材料尺寸的效果,这种方法我们把它称为纳米限域。本文综述了纳米限域对镁基储氢性能学的影响,总结了通过不同种类的限域材料原位氢化或熔融法等方式达到限域目的的研究,减低颗粒尺寸的同时可以显著改善储氢动力学性能。这项工作为利用纳米限域法设计高性能镁基材料的提供了应用前景。     

微晶碳在镁基复合储氢材料中的作用

为了提高金属镁的放氢动力学性能,将无烟煤经脱灰并碳化后制得的微晶碳添加到镁粉中,用氢气反应球磨法一步制得高性能镁碳复合储氢材料。用X射线衍射和红外光谱对微晶碳的结构进行了表征,用透射电镜、引射线能谱、粉末X射线衍射对储氢材料的结构进行了测试,用差示扫描量热分析和P—C-T分析对材料的储氢性能进行了研究。结果表明,微晶碳具有类石墨晶体结构,对镁有良好的助磨作用,并与镁有协同吸氢和放氢作用。镁粉中添加40％微晶碳,球磨2h的粒度即可达到30-50nm,储氢材料的初始放氢温度可低至227.4℃,储氢密度可达6.7％。     

元素掺杂对镁基储氢合金电化学性能的影响

利用氢化燃烧合成复合高能球磨法制备镁基储氢电极合金Mg2NiH4,并对合金进行不同元素(Cr、Co、Nb、Ti和V)掺杂处理。使用X线衍射仪(XRD)和电化学工作站对材料结构性能进行表征,并考察不同元素掺杂对电极合金的结构和电化学性能的影响。结果表明:少量金属元素掺杂处理并没有改变合金的主相结构。元素掺杂降低了合金电极的最大放电容量和动力学性能,但是合金电极的电化学循环稳定性均得到不同程度的提高,其中Ti掺杂处理对于改善合金电极电化学循环性能最为明显。     

镁基非晶合金的研究进展

近年来,Mg基非晶合金以低密度、高非晶形成能力等优点受到人们越来越多的关注。介绍了Mg基非晶合金的发展现状和现有的合金体系,综述了其力学性能的优势,指出了其应用过程中存在的问题。对其作为生物医用材料应用进行了探讨,并对今后发展进行了展望。     

Mg0.9M0.1Ni(M=Cr,Al,Ti,Zr)三元镁基储氢合金的制备及其电化学性能的研究

用机械合金化法成功地合成了Mg1.9M0.1Ni(M=Cr,Al,Ti,Zr),XRD结果表明,球磨80h后,Mg0.9M—Ni和Mg0.9Al0.1Ni合金已经完全非晶化．对此三元合金体系进行了电化学容量及循环寿命测试以及电化学交流阻抗(mS)测试．结果表明用这几种元素替代Mg后,合金电极的循环寿命有了明显的提高,但是其最高放电容易有所降低,抗腐蚀性能增强;该系列合金电极反应的速度控制步骤是由合金电解液界面间的电荷迁移和氢的扩散联合控制的．     

Improvement in hydrogen storage performance of Mg by mechanical grinding with molten salt etching Ti3C2Clx

Mg-based materials are currently a hot research topic as hydrogen storage materials due to their considerable theoretical hydrogen storage capacity. However, the kinetic performance of hydrogen absorption and desorption of Mg is too slow and requires high temperature, which seriously hinders the application of this material. MXene is a new type of two-dimensional material with significant role in improving thermodynamics and kinetics. In this experiment, a two-dimensional layered MXene containing Cl functional group was prepared by molten salt etching using the Ti-containing MAX phase as the raw material. Then different ratios of Ti₃C₂Cl_x were uniformly dispersed onto the surface of Mg by high energy ball milling. The samples were characterized by hydrogen absorption and desorption kinetics, SEM, XRD, XPS, and DSC to investigate the effect of Ti₃C₂Cl_x on the hydrogen absorption and desorption performance of Mg. The onset hydrogen absorption temperature can be reduced to room temperature and the hydrogen release temperature is reduced by 200 ​°C by doping Ti₃C₂Cl_x. And there is also 5.4 ​wt% hydrogen storage in the isothermal hydrogen absorption test at 400 ​°C. The results of DSC demonstrate that the E_a of Mg+15 ​wt% Ti₃C₂Cl_x was reduced by 12.6% compared to pristine Mg. The ΔH is almost invariable. The results of XPS show that the presence of multivalent Ti promotes electron transfer and thus improves the conversion between Mg²⁺/Mg and H⁻/H. This study provides a guideline for further improving the hydrogen absorption and desorption performance of Mg-based hydrogen storage materials.     

低温球磨制备Mg-4%Ni-1%NiO储氢材料及其性能

采用低温球磨技术制备了Mg-4%Ni-1%NiO储氢材料,主要研究低温球磨时间对材料形貌结构以及储氢性能的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析材料的形貌和相组成,采用压力-组成-温度(P-C-T)设备研究材料的储氢性能.结果表明:分别经过2、4和7 h球磨后,材料的相组成没有发生明显改变,只有极少量的Mg2Ni合金相生成.随着球磨时间的延长,材料的平均粒度逐渐下降,作为催化剂的Ni、NiO相逐渐揉进基体内部.伴随着上述变化,材料的活化性能、吸氢性能逐渐提高,球磨到7 h后材料仅需活化1次即可达到最大吸放氢速率,初始吸氢温度降为60℃,在4.0 MPa初始氢压和200℃下吸氢量为6.4%(质量分数),60s即可完成饱和吸氢量的80%,10min内完成饱和吸氢量的90%;材料的放氢性能则在球磨4 h后已经基本保持不变,0.1MPa下初始放氢温度为310℃,在350℃、0.1MPa下材料可在500s内释放饱和储氢量的80%.     

碳基储氢材料研究进展

氢能以其可再生性和环境友好性成为未来最具发展潜力的能源载体，储氢技术是氢能应用中的关键问题。本文综述了近年来超级活性炭、石墨纳米纤维、碳纳米纤维和碳纳米管等碳基储氢材料的研究进展，并对该领域未来的研究工作进行了展望。     

Hydrogen storage performances of the as-milled REMg11Ni (RE = Sm, Y) alloys catalyzed by CeO2

The addition of catalysts and rare earth elements is considered to be very effective methods to enhance the hydrogenation/dehydrogenation properties of Mg and Mg-based hydrides. In this paper, the REMg11 Ni+ 5 wt%CeO_2(RE = Sm, Y)(named REMg11 Ni-5 CeO_2(RE = Sm, Y)) alloys were fabricated through ball milling. The phase composition and structure of the as-milled alloys were investigated in detail. The isothermal hydrogen storage thermodynamics and kinetics of the as-milled alloys were measured by using an automatically Sievert apparatus. Non-isothermal dehydrogenation performance of the alloys was investigated by thermogravimetry(TG) and differential scanning calorimetry(DSC) at different heating rates. The results revealed that all the asmilled alloys were the nanocrystalline and amorphous structure. The RE = Y alloy had a faster hydriding rate and a lower onset hydrogen desorption temperature than the RE = Sm alloy. The superior property of the RE= Y alloy depended on the decrease of the dehydrogenation activation energy. By means of the measurement of Pressure-Composition-Isotherm(P-C-T) curves, the thermodynamic parameters of the REMg11 Ni-5 CeO_2(RE =Sm, Y) alloys were calculated, and the dehydrogenation enthalpy change was 74.86 k J/mol for the RE = Sm alloy and 73.75 k J/mol for the RE = Y alloy, respectively.     

液相有机氢载体的催化研究与应用

氢能清洁高效、能量密度高，是理想的能源载体，也是公认的未来能源发展方向之一。氢气的存储是氢能利用的关键环节，目前仍没有完美适配所有场景的储氢材料，储氢技术的选择势必要以使用场景为导向。液相有机氢载体（liquid organic hydrogen carriers，LOHCs）作为一种液相储氢材料，在运输方面具有独特的应用优势。本文介绍了常见的液相有机储氢材料，重点探讨了适用于运输工具（车、船、航空器等）的LOHCs，综述其加氢/脱氢的催化研究进展、应用技术难点，并展望了其应用前景。