發(fā)布時間：2020-12-30 14:40

　　Mg由于其貯氫密度高、資源豐富、價格低廉等優(yōu)點而被認為是最具潛力的貯氫材料。本文首先綜述了貯氫材料吸放氫基本原理及Mg基貯氫材料的發(fā)展狀況和研究進展。在對Mg基貯氫材料研究進展的基礎上,本文確定以Mg-Y二元合金為研究起點,然后優(yōu)化到Mg-Y-M（M=Ni,Co,Mn,Cu,Al）三元合金,并采用真空快淬、機械球磨結合Ni、石墨催化等方法,尋求改善Mg基材料吸放氫動力學性能和降低放氫溫度的有效途徑。本文首先用真空感應熔煉的方法制備了 Mg24Yx（x=1-5）合金,詳細研究了合金的相組成及微觀結構,發(fā)現(xiàn)材料主要由Mg以及Mg24Y5相組成。合金首次吸氫時其中的Mg24Y5相就發(fā)生歧化反應Mg24Y5 + H2 → Mg + YH2 → MgH2 + YH2+ YH3,后續(xù)的可逆吸放氫循環(huán)為MgH2（?）Mg + H2。Mg24Y3合金內(nèi)部具有大量細密的共晶組織,使得該合金具有最快的放氫速率及最低的放氫溫度。與動力學性能不同,Y含量對合金的熱力學性能影響不大。在Mg24Y3合金基礎上加入第三組元M（M=Ni、Co、Mn、Cu、Al）,制備了鑄態(tài)Mg-Y-M三元合金,并詳細研究了合金的相結... 

【文章來源】：鋼鐵研究總院北京市

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

貯氫合金的吸氫機理圖f;1Hydride(}-phase)

氫氣壓力稱為平臺壓，對應合金、氫氣及生成的氫化物三相共存區(qū)，如圖１－２所??示。略微增大環(huán)境氫壓時，合金繼續(xù)吸氫反應正向進行；當環(huán)境氫壓稍小于平臺??壓時，金屬氫化物發(fā)生分解，反應向逆方向進行。金屬氫化物的平臺壓隨吸放氫??溫度的升高而增大，且平臺區(qū)逐漸變窄。合金實際吸氫過程中的平臺壓并不是絕??對恒定的，而是略微傾斜。這是由于氫原子進入到金屬晶格中的間隙位置，引起??晶格畸變而產(chǎn)生應力，導致吸放氫平臺通常有一定的斜率。此外，吸放氫平臺壓??也不完全重合，吸氫平臺壓一般會高于放氫平臺壓，這稱之為滯后效應。ｐ－ｃ－ｒ??曲線是表征合金貯氫性能的重要數(shù)據(jù)，能直觀地反映合金的吸氫及放氫特性。在??實際應用中，一般要求是在室溫至１００°Ｃ之間的放氫壓力為０．１？ＩＭＰａ，有較大??的平臺區(qū)，同時具有較為平坦的平臺壓和小的滯后效應［９］。??貯氫合金的；？－ｃ－ｒ曲線是探索和研究貯氫材料熱力學性能極為重要的特性曲??線，利用不同溫度下合金ｐ－ｃ－：Ｔ曲線中的平臺壓力可以求出合金吸放氫過程中的??

吸氫反應放出的熱量越多，生成的氫化物也越穩(wěn)定。Ａ／ｆ值的大小??對開發(fā)和探索不同性能和用途的貯氫合金具有重要的實際意義。合金做貯氫材料??用時，為了減少熱量損失，維持系統(tǒng)溫度穩(wěn)定，Ａ／／值應該�。欢鲂顭岵牧蠒r，??焓值越大的材料可儲存的熱量也越多［９］。??１．１．４合金吸放氫動力學特性??合金在吸放氫過程中的動力學性能（吸放氫反應速率）同樣是合金實際應用??的重要指標。合金吸放氫動力學研究一般是指研究各種因素（如材料的相組成、??微觀結構、制備過程以及添加劑等）對吸氫及放氫反應速率的影響，探討吸放氫??反應過程機理。合金的吸氫反應實際是固相和氣相的化學反應，反應過程可以分??為以下的三個階段［１（）’１３］：?（１）表面活化；（２）初始氫化物的形核與長大，并伴隨??晶格膨脹；（３）大量氫化物的生成，直至吸氫飽和。對于放氫反應而言，反應過??程可以分為以下的兩個階段：１表層氫化物的分解及合金相晶核的形成與長??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Effect of erbium on microstructures and properties of Mg-Al intermetallic[J]. 李永剛,衛(wèi)英慧,侯利鋒,郭春麗,韓鵬舉.  Journal of Rare Earths. 2014(11)
[2]Electrochemical hydrogen storage performances of the nanocrystalline and amorphous(Mg24Ni10Cu2)100–xNdx（x=0–20） alloys applied to Ni-MH battery[J]. 張羊換,王海濤,楊泰,翟亭亭,張國芳,趙棟梁.  Journal of Rare Earths. 2013(12)
[3]熔體快淬對Mg20Ni10-xMnx（x=0-4）合金結構及貯氫性能的影響（英文）[J]. 張羊換,任慧平,祁焱,侯忠輝,郭世海,王新林,趙棟梁.  稀有金屬材料與工程. 2013(01)
[4]MgH2的制備技術及其用途[J]. 錢躍言,萬建峰,鄧紅霞,鄭冬芳.  浙江化工. 2012(12)
[5]快淬Mg-10Ni-2Mm儲氫合金的組織演化（英文）[J]. 武英,邢娜,盧志超,韓偉,周少雄,J.K.SOLBERG,V.A.YARTYS.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(01)
[6]Improved hydrogenation-dehydrogenation characteristics of nanostructured melt-spun Mg-10Ni-2Mm alloy processed by rapid solidification[J]. Na XING,Ying WU,Wei HAN,Shao-xiong ZHOU China Iron & Steel Research Group,Advanced Technology & Materials Co.,Ltd.,Beijing 100081,China.  Progress in Natural Science:Materials International. 2010(01)
[7]Hydriding and dehydriding characteristics of nanocrystalline and amorphous Mg20-xLaxNi10（x=0-6） alloys prepared by melt-spinning[J]. 張羊換,趙棟梁,任慧平,郭世海,王青春,王新林.  Journal of Rare Earths. 2009(03)
[8]TiFe系貯氫合金研究進展[J]. 趙強,薛建偉,杜志剛,李晉平.  山西化工. 2005(02)
[9]用表面氧化處理改善 TiFe 合金的活化性能[J]. 朱海巖,陳長聘,吳京,王啟東.  材料科學進展. 1990(06)

博士論文
[1]若干鎂基儲氫體系的相結構分析及其儲氫性能[D]. 董漢武.華南理工大學 2011
[2]納米化對Mg基儲氫合金的熱力學和儲氫性能的影響[D]. 葉素云.華南理工大學 2010
[3]鎂基合金氫化反應的物理化學[D]. 李謙.北京科技大學 2004



本文編號：2947816