本文關鍵詞：合金化活化金屬鋁及其產(chǎn)氫性能的研究

  更多相關文章： 合金化 鋁合金 產(chǎn)氫速率 產(chǎn)氫量 金屬間化合物

【摘要】：氫能源的應用推廣對解決當前能源危機具有里程碑的意義。然而，氫氣應用過程中的存儲與運輸問題一直限制著氫氣的進一步應用。為解決這些問題，我們提出了按需在線供應氫氣系統(tǒng)，即將氫氣的生產(chǎn)、存儲與運輸結合起來。使用活潑金屬與水反應在線產(chǎn)生氫氣，為后續(xù)設備提供燃料，實現(xiàn)了氫氣的安全緊湊儲存以及運輸。相比氫氣氣體，固體活潑金屬和水更方便于運輸及儲存。 金屬Al是一種常見的活潑金屬，同時Al元素是地殼中含量最豐富的金屬元素，因此來源非常廣泛且廉價易得。此外，Al為三價金屬，其密度小重量輕，所以Al的能量密度非常高。在理論上，金屬Al可以與水反應生成氫氣。然而，在金屬Al表面極易形成一層致密的氧化物薄膜，這層鈍化薄膜能阻礙Al與水持續(xù)反應。為了使Al分解水產(chǎn)生氫氣，必須打破這種自身鈍化的現(xiàn)象。 本論文采用合金化活化金屬Al的方法，通過添加低熔點金屬Ga、In、Sn和Bi形成Al合金。研究了不同配比的Al-Ga二元合金、Al-Ga-In-Sn四元合金和Al-Ga-In-Sn-Bi五元合金與水反應的產(chǎn)氫性能（包括產(chǎn)氫速率與產(chǎn)氫量）。通過XRD、SEM與EDX和DSC分析，對不同組分合金的物相組成、顯微結構進行分析，并提出了合金化活化的機理，研究了合金與水反應過程中反應溫度、合金中Al含量對合金產(chǎn)氫性能的影響。 Al-Ga二元合金主要由Al(Ga)固溶體組成，合金的產(chǎn)氫速率很低，產(chǎn)氫量很小。Al-Ga二元合金的共晶熔點溫度為26.6oC，當反應溫度高于26.6oC時合金中出現(xiàn)液相。對于Al-Ga二元合金，形成液相對Al活化來說是必須的，因為溶于液相中的金屬鋁可以有效地避免被空氣中的氧氣氧化而不被鈍化，因而可以與水反應產(chǎn)生氫氣。 Al-Ga-In-Sn四元合金主要由Al(Ga)固溶體、金屬間化合物In3Sn和InSn4組成。對于同時含有In3Sn和InSn4相的四元合金，部分In3Sn相和InSn4相生長在一起。整體上，四元合金的產(chǎn)氫速率很快而且產(chǎn)氫量能達到理論值。對于同時含有In3Sn相和InSn4相的合金，其產(chǎn)氫速率遠高于只含有單一金屬間化合物相的合金。合金中的Al與金屬間化合物發(fā)生的共晶反應被認為是四元合金活化的機理。 Al-Ga-In-Sn-Bi五元合金主要由Al(Ga)固溶體、金屬間化合物InSn4和InBi組成。整體上，五元合金與水反應產(chǎn)生氫氣的速率非常平穩(wěn)、持久和可控，產(chǎn)氫量比較大，因此五元合金適合于在線為燃料電池提供燃料。隨著合金中Bi含量的增加，合金的產(chǎn)氫速率先升高后下降；產(chǎn)氫量逐步升高到理論值。五元合金活化的機理包括兩個過程：一個過程是Al(Ga)二元共晶的融化；另一個過程是Al和金屬間化合物InSn4和InBi的共晶反應。 合金與水反應實質上是合金中的Al與水反應產(chǎn)生氫氣，，Ga、In、Sn和Bi作為活化成分，并不參與到與水的反應之中。此外，合金與水的反應為熱動力型反應，隨著反應溫度的升高，產(chǎn)氫速率加快，增加合金中Al含量，合金的產(chǎn)氫速率下降。
【關鍵詞】：合金化 鋁合金 產(chǎn)氫速率 產(chǎn)氫量 金屬間化合物
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21;TQ116.2
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 新能源概述11-14
• 1.1.1 新能源發(fā)展背景11
• 1.1.2 新能源發(fā)展情況11-14
• 1.2 氫能簡介14-19
• 1.2.1 氫氣的應用14-15
• 1.2.2 氫氣的生產(chǎn)、存儲和運輸15-18
• 1.2.3 按需在線實時生產(chǎn)氫氣18-19
• 1.3 金屬鋁及汽車行業(yè)中廢舊鋁的現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 金屬鋁的性質19-20
• 1.3.2 汽車行業(yè)中廢舊鋁的現(xiàn)狀20-21
• 1.4 鋁活化簡介21-24
• 1.4.1 鋁與酸堿溶液反應21-22
• 1.4.2 球磨活化鋁22-23
• 1.4.3 塊體合金活化23-24
• 1.5 本論文的選題意義及主要內容24-25
• 第2章 合金樣品的制備及測試表征25-31
• 2.1 合金制備25-27
• 2.1.1 實驗藥品25
• 2.1.2 實驗設備25-26
• 2.1.3 合金制備流程26-27
• 2.2 合金表征方法27-28
• 2.2.1 X 射線衍射（XRD）27
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡（SEM）及能譜儀（EDX）27-28
• 2.2.3 差示掃描量熱儀（DSC）28
• 2.3 合金產(chǎn)氫性能測試及反應渣28-31
• 2.3.1 合金產(chǎn)氫量的測定30
• 2.3.2 合金產(chǎn)氫速率測定30
• 2.3.3 合金反應渣30-31
• 第3章 Al-Ga 二元合金的研究31-37
• 3.1 Al-Ga 二元體系配比31
• 3.2 合金樣品表征31-33
• 3.2.1 Al-Ga 二元體系 XRD31-32
• 3.2.2 Al-Ga 二元合金顯微結構32-33
• 3.2.3 Al-Ga 合金 DSC33
• 3.3 Al-Ga 合金產(chǎn)氫性能33-34
• 3.4 Al-Ga 合金活化機理34-35
• 3.5 本章小結35-37
• 第4章 Al-Ga-In-Sn 四元合金的研究37-49
• 4.1 研究 Al-Ga-In-Sn 四元合金的意義37
• 4.2 Al-Ga-In-Sn 四元體系配比37-38
• 4.3 合金樣品表征38-43
• 4.3.1 Al-Ga-In-Sn 四元體系 XRD38-39
• 4.3.2 Al-Ga-In-Sn 四元合金顯微結構39-41
• 4.3.3 Al-Ga-In-Sn 合金 DSC41-43
• 4.4 Al-Ga-In-Sn 四元合金產(chǎn)氫性能43-47
• 4.5 Al-Ga-In-Sn 合金活化機理47-48
• 4.6 本章小結48-49
• 第5章 Al-Ga-In-Sn-Bi 五元合金的研究49-65
• 5.1 研究 Al-Ga-In-Sn-Bi 五元合金的意義49
• 5.2 Al-Ga-In-Sn-Bi 五元體系配比49-50
• 5.3 合金樣品表征50-55
• 5.3.1 Al-Ga-In-Sn-Bi 五元體系 XRD50-51
• 5.3.2 Al-Ga-In-Sn-Bi 五元合金顯微結構51-53
• 5.3.3 Al-Ga-In-Sn-Bi 合金 DSC53-55
• 5.4 Al-Ga-In-Sn-Bi 五元合金產(chǎn)氫性能55-60
• 5.5 Al-Ga-In-Sn-Bi 合金活化機理60
• 5.6 Al 含量對合金產(chǎn)氫性能的影響60-62
• 5.7 合金與水反應渣分析62-63
• 5.8 本章小結63-65
• 第6章 結論65-67
• 參考文獻67-73
• 作者簡介73-74
• 研究生期間發(fā)表的學術論文74-75
• 致謝75

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：1026527