鎂（Mg）基儲氫合金作為未來理想的貯氫材料,以其在吸放氫量及成本等方面的優(yōu)勢于眾多貯氫合金中脫穎而出。本文首先對儲氫合金的分類進(jìn)行簡要概述,對Mg基儲氫合金的制備方法以及性能特點進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。在已研究的Mg系儲氫合金中,純Mg基合金具有很高的質(zhì)量吸氫量,最高理論吸氫量能夠達(dá)到7.66 wt%,Mg₂Ni基儲氫合金相比于Mg基儲氫合金具有較好的動力學(xué)性能,但儲氫量有所下降,為3.62 wt%。針對于兩種基體儲氫合金的各自特點,本文就研究相對較少的富Mg2Ni基的過共晶Mg40Ni10合金進(jìn)行研究,實驗部分采用B側(cè)元素Cu對Ni進(jìn)行取代。首先采用熔鑄法制備了鑄態(tài)Mg₄₀Ni_10-xCu_x（x=0,2,4,6）合金,利用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜（EDS）、X射線衍射（XRD）等分析方法對合金的微觀組織結(jié)構(gòu)及相構(gòu)成進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)Mg₄₀Ni₁₀鑄態(tài)組織由粗大的Mg2Ni初生相與片層狀的Mg-Mg₂Ni共晶組成,Cu的加入改變了組織形... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

中國能源結(jié)構(gòu)展望圖[2]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-圖1-2壓力-成分-溫度(PCT)曲線和范特霍夫曲線[18]P8儲氫合金的熱力學(xué)參數(shù)可以通過測量吸、放氫過程之中壓力-成分-溫度之間的關(guān)系求出，在曲線的α+β相區(qū)各參數(shù)之間符合Van’tHoff關(guān)系：ln=(1-2)在α+β相區(qū)內(nèi)lnP與溫度T的倒數(shù)之間為線性關(guān)系，因此，借助合金不同溫度下的壓力-成分-溫度曲線，能夠得到氫壓的對數(shù)和溫度的倒數(shù)之間的關(guān)系(范特霍夫關(guān)系曲線)，典型合金的范特霍夫關(guān)系見圖1-2。反應(yīng)焓是儲氫合金熱力學(xué)性能的主要參數(shù)，利用PCT曲線的斜率和與y軸截距的絕對值就可以分別獲得H和S。H即為儲氫材料和H2反應(yīng)形成β相時放出的熱量，H的數(shù)值變化量越大，MxHy的熱穩(wěn)定性就越強；S的大小代表了著反應(yīng)發(fā)生趨勢的強弱，在Mg基儲氫材料中，生成熵的變化量越大，則PCT曲線中的水平部分越往下，即氫化物在更低的壓力下才能解吸，氫化物的穩(wěn)定性越高[7]。對于Mg基儲氫材料，要求合金的氫化產(chǎn)物穩(wěn)定性應(yīng)當(dāng)盡可能的低，因此為提高儲氫合金的吸放氫性能，應(yīng)通過一系列的措施，適當(dāng)降低生成焓以及生成熵的值。1.3合金的儲氫機理金屬氫化物的儲氫機理與物理儲氫方式不同，合金吸收以及放出氫氣時有一系列化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，為化學(xué)儲氫方法。合金的吸放氫過程一般簡化成三個主要的階段進(jìn)行：首先，將合金置于氫壓氛圍下，氫氣分子通過物理吸附附著在合金表面，氫氣分子中的H-H鍵斷裂，H2解離變?yōu)镠；然后，H2離解產(chǎn)生的H向內(nèi)擴散進(jìn)入到合金的原子間隙，此時的合金相稱為α-固溶體，α相仍保持著基體合金的結(jié)構(gòu)，其濃度隨著溫度發(fā)生緩慢的變化，

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-體系的熱力學(xué)平衡條件為：12H2(,)=H(,,H)(1-3)式中，H2是H2的化學(xué)勢，H是α中H的化學(xué)勢，CH為H的濃度；與此同時，合金表面不斷有氫氣附著并發(fā)生解離成為氫原子，氫原子不斷從合金表面向內(nèi)擴散使合金中的氫濃度升高，直到α-固溶體濃度升高到一定數(shù)值，氫化物(β)相開始形核長大形成金屬氫化物并釋放出熱量，這樣氫氣就被儲存在了金屬儲氫材料中[8]。金屬與H2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成β相的反應(yīng)如下：M+2H2MH+Q(1-4)式中，Q表示發(fā)生氫化反應(yīng)所釋放的熱量。此時，系統(tǒng)中包含α、β和氫氣三個相，含有兩種組分(金屬和氫氣)，根據(jù)吉布斯相律，自由度(f)為：=+2(1-5)其中C是組分的個數(shù)，P是相的個數(shù)。因此，在兩相區(qū)，氫氣壓力不再改變，濃度上升。如果達(dá)到純β階段(α階段完全消失)，此時相數(shù)變?yōu)?，系統(tǒng)就有兩個自由度，氫進(jìn)入β相的固溶體中，隨著β相濃度繼續(xù)增大，氫的壓力再次升高。圖1-3金屬吸放氫簡化模型[9]氫氣的釋放過程與吸收過程相反，當(dāng)外界氫壓較低時，首先氫化物吸熱形成固溶體，然后固溶體中的氫原子在材料中由內(nèi)部向外部擴散，最后H-H鍵在材料表面重新結(jié)合形成氫氣，并釋放出來。上述過程為一個完整的吸放氫過程，儲氫合金的使用過程也就是吸放氫的循環(huán)過程。1.4儲氫合金的分類各體系的儲氫合金主要包含A側(cè)元素與B側(cè)元素兩種，A側(cè)元素為吸氫型元素，能夠和H2反應(yīng)向外放熱，主要與合金的吸氫量有關(guān)；B側(cè)元素對H2幾乎


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