發(fā)布時(shí)間：2022-11-12 10:06

　　相對于傳統(tǒng)的化石燃料,氫能以其清潔、高效、無污染的特點(diǎn),有望成為下一代能源。氫能在運(yùn)輸系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵在于氫氣儲存。固態(tài)儲氫材料由于其本身的儲氫優(yōu)勢,在車載儲氫領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。氫可以以原子或分子兩種不同的形式高效地儲存在固態(tài)材料中。為此,本論文研究了相應(yīng)的兩種典型固態(tài)儲氫材料,即釩基合金和金屬修飾的二維材料。釩基合金具有較高的儲氫容量（4 wt.%）和在適當(dāng)條件下快速吸（放）氫動力學(xué)性能,被認(rèn)為是一種很有應(yīng)用前景的儲氫材料。釩合金吸（放）氫過程中有兩個(gè)壓力平臺,分別對應(yīng)于V和VH1-x、VH1-x和VH2-x兩相區(qū)。本文運(yùn)用儲氫性能實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論計(jì)算的方法研究了合金元素對釩氫化物雙平臺儲氫性能的影響。1.通過電弧熔煉法制備了V97Al3、V97Mn3和V97Ru3共三種V-3A二元合金,并對其第二平臺儲氫性能進(jìn)行了研究。與純釩相比,合金元素的添加提升了放氫平臺壓力。在所研究的溫度范圍內(nèi)（373～433 K）,V-3 Ru顯示出最高的放氫平臺壓力,同時(shí)也具有較大的有效儲氫量。V-3A合金氫化物的放氫平臺壓大小與焓值有關(guān),通過模擬計(jì)算特定合金氫化物的生成焓,可以預(yù)測其放氫平臺壓... 

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 儲氫方式
        1.2.1 機(jī)械儲氫
        1.2.2 氫化物儲氫
        1.2.3 吸附材料儲氫
    1.3 釩基儲氫合金
        1.3.1 儲氫原理
        1.3.2 釩基儲氫合金的熱力學(xué)性能表征
        1.3.3 釩合金儲氫性能的改善
    1.4 二維儲氫材料
        1.4.1 儲氫機(jī)理
        1.4.2 金屬修飾的二維儲氫材料的研究
    1.5 本論文工作的研究內(nèi)容及意義
第2章 研究方法
    2.1 引言
    2.2 儲氫測試實(shí)驗(yàn)方法
        2.2.1 合金制備工藝
        2.2.2 合金及氫化物的分析表征
        2.2.3 儲氫合金吸放氫性能測試
    2.3 儲氫材料的模擬計(jì)算
        2.3.1 基本原理及近似
        2.3.2 交換關(guān)聯(lián)能泛函
        2.3.3 贗勢
        2.3.4 儲氫模擬應(yīng)用
第3章 合金元素對釩氫化物放氫平臺壓的影響
    3.1 引言
    3.2 研究方法
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
        3.2.2 模擬計(jì)算
    3.3 結(jié)果和討論
        3.3.1 試樣表征
        3.3.2 高壓PCT性能測試
        3.3.3 合金力學(xué)性質(zhì)及吸放氫后組織形貌分析
        3.3.4 第一原理計(jì)算合金及氫化物形成能
        3.3.5 氫化物體積變化量的模擬
        3.3.6 釩基儲氫合金體系中各原子間的相互作用
    3.4 本章小結(jié)
第4章 釩基合金低壓平臺及動力學(xué)性能研究
    4.1 引言
    4.2 研究方法
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
        4.2.2 模擬計(jì)算
    4.3 結(jié)果和討論
        4.3.1 試樣表征
        4.3.2 合金元素對低壓PCT曲線的影響
        4.3.3 合金化對初始吸氫速率的影響
        4.3.4 第一原理分析合金表面的氫分子分解
        4.3.5 氫原子在釩合金表面的擴(kuò)散
        4.3.6 第一原理分析釩合金內(nèi)部氫原子的占位傾向性
        4.3.7 釩合金內(nèi)部的氫擴(kuò)散
        4.3.8 由釩合金表面向內(nèi)部的氫擴(kuò)散
    4.4 本章小結(jié)
第5章 Li修飾的單層B_2S的儲氫性能研究
    5.1 引言
    5.2 計(jì)算方法
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 B_2S材料的原胞表征
        5.3.2 B_2S基體的氫吸附
        5.3.3 B_2S基體的Li吸附
        5.3.4 Li修飾B_2S材料的儲氫能力
        5.3.5 Li-B_2S體系的電子結(jié)構(gòu)分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 二維TiB_4材料的儲能研究
    6.1 引言
    6.2 計(jì)算方法
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 TiB_4的結(jié)構(gòu)表征
        6.3.2 單層TiB_4的表面氣體吸附
        6.3.3 TiB_4的氣體吸附機(jī)理
        6.3.4 TiB_4吸附體系的動力學(xué)分析
        6.3.5 TiB_4堆疊結(jié)構(gòu)及其儲能特性分析
    6.4 本章小結(jié)
第7章 全文總結(jié)
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果
作者簡介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]V-Ni二元合金的吸放氫性能[J]. 周瀟瀟,陳云貴,嚴(yán)義剛,梁浩,吳朝玲,陶明大.  稀有金屬. 2007(01)
[3]球磨改性處理對Ti46V44Fe10合金相結(jié)構(gòu)和吸放氫性能的影響[J]. 陳立新,鄭坊平,劉劍,葛紅衛(wèi),陳長聘.  中國有色金屬學(xué)報(bào). 2005(08)
[4]金屬釩及其氫化物的晶體結(jié)構(gòu)模擬[J]. 彭述明,趙鵬驥,楊茂年,姚書久,羅順忠,徐志磊.  原子能科學(xué)技術(shù). 2000(05)
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本文編號：3706170