镁-镍/石墨烯复合物的储氢性能

分别通过物理法和化学法制备石墨烯载镍催化剂(Ni/Graphene),并采用球磨预处理或超声分散的方式与镁粉混匀,结合氢化燃烧合成和机械球磨复合技术制备镁-镍/石墨烯(Mg-Ni/Graphene)复合物储氢材料。采用X射线衍射仪、扫描电镜及气体反应控制器研究了材料的相组成、微观形貌和吸放氢性能。比较发现,添加化学法制备的Ni/Graphene并采用球磨预处理的Mg-Ni/Graphene复合物具有最佳的吸放氢性能,复合物的起始放氢温度降低,放氢速率加快。其在373 K温度下,100 s内就基本能达到饱和吸氢量6.21%(质量分数);553 K,1800 s内完全放氢,且放氢量达到6.05%。球磨预处理使得Ni/Graphene更均匀的与Mg接触,利于发挥Ni的催化作用和石墨烯优异的导电导热性。化学法制备的Ni/Graphene原位还原出纳米晶Ni,有利于形成纳米级Mg2NiH4晶粒,促进复合物储氢性能的改善。     

储氢材料性能测试装置设计及应用

通过对储氢材料储氢过程特点的分析，自行设计安装了一套测量储氢材料储氢性能的装置。利用该装置在恒容条件测试具有不同初始氢气压力的吸氢动力学曲线，以双排水法测试放氢动力学曲线，并可通过合适的步骤，测得储氢材料的PCT曲线。用该装置对机械球磨获得的镁基储氢材料(Mg-Ni-MnO2)进行储氢性能测试。结果表明：该测试装置设计合理，测试过程可靠；由机械球磨获得的镁基储氢材料的吸放氢动力学性能优异，其PCT曲线表明其吸放氢的滞后性小，在吸放氢循环过程中能量损失小。     

镁基材料中储氢相及其界面与储氢性能的调控

镁基储氢材料因储氢密度高、资源丰富、环境友好等优点而备受关注，但其存在吸/放氢温度过高、反应动力学缓慢和循环稳定性差等缺点，阻碍了其大规模产业化进程。尽管镁基储氢材料在新合金体系开发、纳米调控、催化修饰、多相复合等方面取得了巨大进展，但如何获取兼具吸/放氢容量高、温度适中、反应速率快及寿命长等优良性能的镁基储氢材料仍是一个挑战。本文较为系统地总结了镁基材料中储氢相及其界面的种类，论述了其微观组织/界面特征的调控策略和方法。重点探讨了储氢相组成、微观结构及其表/界面结构调控效果对提升储氢热力学与动力学性能的影响规律与作用机制，展望了通过调控储氢相及其界面来设计镁基储氢材料的前景和发展方向。     

添加碳纳米管镁基材料的储氢性能

用机械合金化方法,以氢气作为保护气氛(0.5 MPa),通过添加碳纳米管,制备出含有碳纳米管的镁基储氢材料(Mg-3Ni-2MnO2-0.25CNTs).结果表明:该材料具有优异的储氢性能,储氢容量达到7.0%;动力学性能也得到提高,吸氢过程基本在100 s以内完成,在0.1 MPa下放氢过程可在600 s完成,放氢平台温度在280℃左右.添加碳纳米管,镁基储氢材料在机械球磨过程中,可以提高其球磨效率,颗粒更加细化均匀,传质与传热性能得到改善,该材料具有良好的应用前景.     

镁基储氢材料颗粒尺寸对吸放氢动力学性能的影响

通过吸放氧动力学方程，计算了颗粒大小对镁-镍-氧化物储氢材料吸放氢动力学过程的影响。计算结果表明：不同颗粒直径的镁-镍-氧化物储氢材料的吸放氢反应速度差别较大；颗粒越小，其吸放氢动力学性能越优异。     

纳米TiO2对Mg2Ni0.75Cr0.25合金储氢动力学性能的改善

采用扩散烧结法制备了Mg2Ni0.75Cr0.25合金,然后与纳米TiO2颗粒混合球磨得到纳米复合材料.X射线衍射分析结果表明,纳米复合材料由Mg2Ni-Ni复相合金和纳米TiO2组成,平均晶粒度为24～35nm.纳米TiO2颗粒对Mg2Ni0.75Cr0.25合金储氢动力学性能的提高具有催化作用,降低了Mg2Ni0.75Cr0.25合金的吸、放氢温度,使纳米复合材料氢化生成焓明显降低.对纳米复合材料的储氢性能测试结果表明:添加1.5%(质量分数)TiO2的纳米复合材料在373K、4Mpa下5min内完成吸氢,并在463K、0.1Mpa下20min内完成放氢,最大放氢量为2.57%.     

快淬Mg-10Ni-2Mm储氢合金的组织演化

研究一种镁基Mg-10Ni-2Mm（摩尔分数,%）储氢合金在不同凝固速率下的组织演化。结果表明：增加凝固速率可以大幅度细化合金条带的晶粒;采用的石墨冷却轮表面速度为3.1,10.5和20.9m/s时,可以分别获得微晶、纳米晶和非晶组织;当冷却轮盘表面速度为3.1m/s时,快淬试样完全结晶化,组织中除了少量富Mm晶粒外,形成了粗大的Mg和Mg2Ni微晶;加快冷却轮盘表面速度到10.5m/s时,大量的纳米颗粒形成,组织由大量的Mg和Mg2Ni纳米晶组成;进一步加快速度到20.9m/s时,形成了包括非晶和纳米晶的混合组织。理想的组织是非晶基体上析出大量纳米晶,这样的组织有望获得最大的储氢容量和优异的吸放氢动力学。     

球磨制备La-Mg-Ni基LaMg_(12)型纳米晶-非晶合金的储氢性能（英文）

采用球磨方法制备LaMg_(11)Ni+x%Ni(x=100,200)纳米晶-非晶合金,并利用自动恒电流系统测试合金的电化学储氢性能。使用附带测氢仪的差热分析(DSC)和Sievert’s设备研究合金的气态储氢性能。实验结果表明,Ni含量的增加能显著改善球磨合金的气态及电化学储氢性能。球磨合金的气态吸氢量和吸氢速率随着球磨时间的增加出现最大值。但合金的放氢动力学性能随着球磨时间的增加一直增加。另外,球磨合金的放电容量和高倍率放电性能(DHR)都随球磨时间的增加先增加后减小。     

镁及其合金储氢材料的研究进展

镁基储氢材料由于价格低廉、储氢量高和安全性好等优点,受到人们的广泛关注。然而较高的吸放氢温度和较慢的动力学性能在一定程度上限制了其在储氢方面的进一步研究和应用。目前,该体系的研究热点主要集中在优化不同的改性方法,目的是得到低成本、大批量、小颗粒和稳定性高的纳米MgH2,并已取得了一定的进展;但要获得能够在环境温度下具有理想热力学性能和实际应用价值的镁基储氢材料,仍面临巨大挑战。本文中,我们总结了镁基合金储氢材料的研究进展,并进一步梳理了文献中关于优化和改变热力学和动力学性能的方法,为获得具有高容量、低成本、吸放氢动力学和热力学性能优异的镁基储氢材料提供更好的实验经验和理论支持。     

机械合金化直接合成镁基复合储氢材料研究

通过在3．0．MPa氢气气氛下球磨Mg-30％LaNi2(质量分数)的混合粉末，制得镁基复合储氢材料。X射线衍射分析表明，球磨80h后的物相组成为MgH2，Mg2NiH4和LaH3，表明球磨过程中发生固态反应；SEM及EDS分析表明，复合体系中成分分布均匀：该复合储氢材料具有较高的活性和储氢量，在3．0MPa氢气压力和473K～553K之间的条件下，可以在1min之内完成饱和吸氢量的80％以上；在553K时储氢量达到5．419％(质量分数)。     

Phase-structure and Hydrogen Storage Behaviors of Mg+10% Ni2P Composite Prepared by Reactive Ball-Milling

采用反应球磨法制备了Mg+10%Ni2P(质量分数,下同)新型复合物,对比研究了球磨复合物和球磨纯镁的相结构与储氢性能。研究表明:在纯Mg中添加10%的Ni2P进行复合球磨,可以明显提高其吸/放氢性能。此外,添加Ni2P球磨明显地改善了镁的循环放氢性能。复合物的晶粒尺寸随着球磨时间的增加而减小;添加Ni2P能有效地抑制Mg/MgH2在吸/放氢过程中产生团聚;在Mg中添加Ni2P球磨能降低体系的放氢反应温度。     

碳纤维表面改性对Cf/Mg复合材料微观组织和界面的影响

研究在碳纤维表面分别用化学法镀Ni和溶胶-凝胶法涂SiO2两种涂层,用真空压力浸渗法制备Cf/Mg复合材料.用SEM、EDS和TEM对Cf/Mg复合材料微观组织和界面特征进行分析.结果表明:无涂层的碳纤维与Mg基体浸润性较差,碳纤维在Cf/Mg复合材料微观组织巾分布不均匀,界面结合强度较弱.碳纤维表面包覆Ni或SiO2涂层改善了碳纤维与Mg基体的润湿性;包覆Ni涂层的碳纤维在Mg基体中分布均匀,并在其界面处生成金属间化合物Mg2Ni,界面为强结合;碳纤维表面的SiO2涂层与Mg进行少量的反应生成MgO和Si,界面结合好.能很好地传递载荷.     

Structure and electrochemical performance of hydrogen storage alloy La0.7Mg0.3Ni2.875Co0.525Mn0.1-boron composite

The structure and electrochemical characteristics of La0.7Mg0.3Ni2.875Co0.525Mn0.1-boron composite was studied systematically. The AB3 type hydrogen storage alloys La0.7Mg0.3Ni2.875Co0.525Mn0.1 were successfully synthesized by means of inter-media alloy La2Mg17 . The alloys were composited with boron at different weight rate. From the XRD analyses, each alloy of this series is mainly composed of (La,Mg)Ni3 phase and the LaNi5 phase, and the phase abundance of each phase varies with the boron weight rate, moreover, after composition, the c and cell volumes of (La,Mg)Ni3 phase increase, and the LaNi5 phase keep the same, which indicate that the boron may enter (La,Mg)Ni3 phase. The electrochemical studies show that the maximum discharge capacity of the composites decreases, but the cycling life improved. And the high rate discharge ability and exchange impendence spectroscopy (EIS) of the AB3 alloys and its composite were also studied.     

纳米化对Mg2Ni/MmNi5-x(CoAlMn)x复合储氢合金电极特性的影响

用高能球磨方法制备了Mg2Ni/MmNi5-x(CoAlMn) x复合储氢合金，并用化学镀对其进行包覆处理，X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM)别证实复合合金具有团粒结构的特征，并在适当的球磨条件下达到纳米复合，本研究有模拟电池法分析了不同晶粒尺寸的单相和复合合金的电极特性，对于单相Mg2Ni和MmNi5-x(CoAlMn)x合金，球磨分别导致其放电容量增加加和降低，对纳米复合储氢合金而言，其放电容量并不是其组成合金的容理的简单加和，而是存在复合增强效应，当复合合金中组元相的晶尺寸小于100nm时，具有明显的复合增强效应。     

机械合金化La-Mg-Ni系三元储氢合金的性能

采用机械合金化制备了La-Mg-Ni系三元储氢材料，并对其热力学、动力学进行了研究，该材料具有很好的活性和较高的储氢量，在553K时储氢量达到5．23％(质量百分数)。在3．0MPa氢气压力和423K～573K之间的条件下，可以在1min之内完成饱和吸氢量的90％以上。采用XRD衍射、SEM对材料的物相和形貌进行分析和研究。实验证明：物相组成为La2Mg17，Mg2Ni，LaH2和单质La，颗粒的最大粒径为4μm。混合粉末材料的非晶化和体系中催化物质的存在使其氢化动力学性能得以明显改善。     

Ti-V基固溶体/La-Mg基合金复合储氢材料的结构与电化学性能

两步电弧熔炼法制备Ti0.10Zr0.15V0.35Cr0.10Ni0.30+1%La0.85Mg0.25Ni4.5Co0.35Al0.15复合储氢合金,XRD、SEM、EDS分析结果表明,复合储氢合金的主相是体心立方结构的钒基固溶体相和六方结构的C14Laves相。电化学研究表明:复合过程中存在明显的协同效应;与母体合金电极相比,复合合金电极的P-C-T特性、活化性能、最大放电容量、循环稳定性、低温放电能力和高倍率放电性能均有了显著改善;复合合金电极的电荷转移电阻较小,交换电流密度和氢的扩散系数较大,这些改善可能与第二相的形成有关。     

Investigation on Gaseous and Electrochemical Hydrogen Storage Kinetics of As-Quenched Nanocrystalline Mg2Ni-type Alloys

为了改善Mg2Ni型合金气态及电化学贮氢动力学性能,用Cu部分替代合金中的Ni,用快淬技术制备Mg2Ni1-xCux(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)合金,用XRD、SEM、HRTEM分析铸态及快淬态合金的微观结构;用自动控制的Sieverts设备测试合金的气态贮氢动力学性能,用程控电池测试仪测试合金的电化学贮氢动力学.结果表明,所有快淬态合金均具有纳米晶结构,无非晶相形成.Cu替代Ni不改变合金的主相Mg2Ni,但使合金的晶粒显著细化.快淬处理及Cu替代均显著地提高合金的气态及电化学贮氢动力学性能.当淬速从0m/s(铸态被定义为淬速0 m/s)增加到30 m/s时,Mg2Ni0.8Cu0.3合金在5 min内的吸氢饱和率从57.2％增加到92.87％,20 min的放氢率从21.6％增加到49.6％,高倍率放电能力(HRD)从40.6％增加到73.1％,氢扩散系数(D)从1.02×10-11 cm2/s增加到4.08×10 -11 cm2/s,极限电流密度(IL)从113.0 mA/g增加到715.3 mA/g.     

Mgx／Mg2Ni复合储氢合金的机械合金化制备及电极性能

利用Mg2Ni合金和不同质量百分数的Mg粉(x=10％，30％，50％)混合后球磨制得Mgx／Mg2Ni复合合金。XRD分析证实，Mg2Ni合金和Mg粉混合球磨时无新相生成，Mg粉的添加可有效抑制Mg2Ni合金单独球磨时存在的Mg2Ni相的分解反应。采用模拟电池法测试了Mgx／Mg2Ni复合合金的电极性能，结果表明，Mg量的增加可显著地提高复合合金的放电容量。在球磨的开始阶段，复合合金的放电容量随球磨时间的延长而增加，球磨一定时间后，其放电容量则随球磨时间的延长而迅速降低。放电容量与球磨时间的变化关系体现了球磨对复合合金微结构改变的影响。     

HCS+MM法制备镁基复合储氢材料结构及储氢性能

采用氢化燃烧合成法制备Mg95Ni5-x%TiFe0.8Mn0.2Zr0.05(x=0, 10, 20, 30)(质量分数)复合物,然后将氢化燃烧合成产物进行机械球磨得到镁基复合储氢材料。采用XRD、SEM、EDS及PCT研究材料的相结构、表面形貌、颗粒化学成分以及吸放氢性能。研究表明,添加30% TiFe0.8Mn0.2Zr0.05合金形成的复合物具有最佳的综合吸放氢性能：在373 K,50 s内基本达到饱和吸氢量4.11% (质量分数);在493和523 K,1800 s内放氢量分别为1.91%和4.3%;其起始放氢温度为420 K,与Mg95Ni5相比降低了20 K,吸放氢性能的改善与复合物的组织结构密切相关。此外,TiFe0.8Mn0.2Zr0.05的加入改善了复合物的放氢动力学性能