机械合金化制备Mg76-xTi12Ni12Mnx（x=2,4,6,8）合金及其贮氢性能研究

利用机械合金化法制备了Mg76-xTi12Ni12Mnx(x=2,4,6,8)合金,并研究了Mn添加量对合金贮氢性能的影响。结果表明,在Mg76-xTi12Ni12Mnx(x=2,4,6,8)合金中合金相主要由Mg2Ni和Ti2Ni相组成,合金最大贮氢量分别为3.47%、3.32%、3.60%和3.11%(质量分数,下同),合金氢化物的分解热依次为-79.2kJ/mol、-78.0kJ/mol、-73.7kJ/mol和-73.6kJ/mol,添加Mn可降低合金氢化物的稳定性,改善其热力学性能,非晶化不利于提高合金的贮氢性能。     

Mg_(76-x)V_xTi_(12)Ni_(12)(x=4、8、12、16)合金制备与贮氢性能的研究

采用机械合金化制备了Mg76-xVxTi12Ni12(x=4、8、12、16)合金,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和压强-成分-温度(PCT)等分析方法对合金粉末进行分析和表征。结果表明,合金相主要由Mg2Ni相和Ti2Ni相组成,Mg76-xVxTi12Ni12(x=4、8、12、16)合金贮氢量(质量分数,下同)分别为3.71%、3.12%、2.85%和2.33%,随着V含量的增加,合金的贮氢量下降,合金氢化物释氢率分别为95.1%、97.1%、84.9%和94.4%,适量的V能提高合金氢化物的释氢率。     

Ti38Zr45Ni17准晶合金的储氢性能及其V合金化

研究了三元Ti38Zr45Ni17准晶合金及其V合金化后的四元合金(Ti0.38Zr0.45Ni0.17)100-xVx(x=5%、10%、30%、40%、60%(原子分数))的吸放氢性能.准晶成分设计思想源自于团簇线方法,即在Ti-Zr-Ni三元合金体系中利用两条团簇线的交点确定最佳准晶成分Ti38Zr45Ni17.利用铜模吸铸快冷工艺制备直径为3mm的合金棒.吸放氢测试结果表明,Ti38Zr45Ni17准晶在303K首次吸氢量为0.9%(质量分数),在573K时合金首次吸氢量可达2.38%(质量分数),合金吸氢过程快速完成,并放出大量的热,可将吸氢前的粉末样品烧结成块体凝聚物.吸氢后准晶结构消失,完全转化为氢化物结构.添加5%～30%(原子分数)的V进行合金化时可提高合金在573K下的首次吸氢量,最大为2.96%(质量分数);具有固溶体结构的(Ti0.38Zr0.45Ni0.17)40V60合金在室温下首次吸氢量为3.2%(质量分数).由于准晶及其V合金化的合金在吸放氢之后均形成了稳定的氢化物,导致其放氢非常困难.     

氢在不同成分和显微组织的Mg-Ni合金电极中的扩散能力研究

采用机械球磨的方法,制备了不同成分和显微组织的MgxNi(x=1%、1.5%、2%(原子分数))合金粉,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜的方法研究了Mg/Ni比对机械球磨过程中Mg-Ni合金粉末组织结构演变的影响。在不同的电位扫描速度下,对具有不同Mg/Ni比和显微组织结构的Mg-Ni合金电极循环伏安曲线进行了测量,并由此计算出了氢在这些电极中的扩散系数,分析了合金成分和显微组织对Mg-Ni合金电极中氢扩散能力的影响。其结果表明,降低Mg/Ni比,能提高Mg-Ni合金在球磨过程中非晶相的形成能力,Mg-Ni和Mg1.5Ni合金获得完全非晶相的球磨时间分别是120和160h。在由细小、分散并且完全非晶态的Mg-Ni合金颗粒制备的电极中,氢表现出较强的扩散能力,其扩散系数为1.98×10-8cm2/s。     

Ti-Cr-Mn-M(M=V、Fe、Ni、Cu)合金的储氢性能

为改善Ti(Cr-Mn)2 AB2型合金的储氢性能,采用A侧过化学计量和过渡金属部分替代Mn进行多元合金化,系统研究了Tix(Cr-Mn-M)2(x=1.0,1.1;M=V、Fe、Ni、Cu)合金的储氢性能.研究结果表明,V、Fe、Ni、Cu部分替代Mn进行多元合金化后,合金主相仍保持C14(MgZn2)型Laves相,合金晶胞体积增大.合金化元素部分替代Mn后合金的活化性能得到明显改善,合金吸放氢量增大,吸放氢压力滞后减小.除Fe使合金放氢平台压力有所升高外,其余合金化元素均使合金的吸放氢平衡压力有不同程度的降低,这是由于合金的晶胞体积增大所致.在所形成的合金中,以Ti1.1Cr1.2Mn0.5CuO0.3的综合性能最好,其室温下吸放氢量分别达到1.95%和1.72 9,6(质量分数).采用该合金与自制的轻质高压储氢容器(工作压力为40MPa)复合组成金属氢化物复合式高压储氢器,对其储氢密度的计算结果表明,当储氢合金的填充量(体积分数)达到0.20时,该复合式储氢器总的体积储氢密度将提高57%.     

TiF3掺杂Li-Mg-B-H体系储氢性能研究

以2LiH+MgB2为起始原料,采用机械球磨法制备了TiF3掺杂的Li-Mg-B-H催化体系,并系统研究了TiF3对体系储氢性能的影响.结果表明,掺杂TiF3可显著改善Li-Mg-B-H体系的可逆吸/放氢性能.例如,与纯2LiH+MgB2相比,掺杂1%(摩尔分数)TiF3样品的第一步(MgH2/Mg)和第二步(2LiBH4+Mg/2LiH+MgB2)放氢反应温度分别降低56℃和106℃.此外,TiF3掺杂样品在吸/放氢循环中具有良好的动力学和氢容量稳定性.物相、化学态分析及一系列设计实验表明,掺杂TiF3所带来的显著性能改善应被归结为Ti阳离子和F阴离子的共同作用.     

球磨La2Mg17与Ni复合合金的电化学贮氢性能研究

利用机械合金化法制备了La2Mg17+200%(质量分数)Ni复合储氢合金,并对不同球磨时间时合金的微观结构和电化学性能进行研究。结果发现,在球磨过程中Ni粉诱导了La-Mg-Ni非晶/纳米晶结构的形成。XRD和HRTEM结果共同表征了球磨80h时,合金中有Ni金属的存在,且XRD衍射峰强度较低,宽化严重,SAD为宽化的多环,表明形成非晶结构。电化学及其反应动力学测试结果发现,不同球磨时间的电化学反应的动力学控制机理是不同的。球磨60和80h后合金中不仅存在La-Mg-Ni非晶相,同时也有催化剂金属Ni,使合金的表面电荷转移反应电阻较小,氢在合金体相内的扩散系数D和极限电流密度I L均最大,最终导致80h的放电容量为最大值948.3mAh/g。然而,当合金的球磨时间为100和120h时,合金粉化到纳米级,100h的电荷转移反应电阻R ct最大,合金表面电化学反应缓慢,且合金体相内的极限电流密度和氢扩散系数均最小,属于合金电解液表面间的电荷转移和氢向体相内扩散联合控制的过程,必然导致其放电比容量较小。     

Zr1-xTix(Ni0.6Mn0.3V 0.1Cr0.05)2(x=0～0.5)Laves相储氢合金的电化学性能

本文研究Zr1-xTix(Ni0.6 Mn0.3V0.1Cr0.05)2(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)系Lav es相储氢电极合金的气态P-C-T性能、晶体结构及电化学性能.XRD分析表明,Ti合金化使 Zr基储氢合金主相从C15相转变为C14相.当x>0.2时,第二相Zr7Ni10相消失, 并出现TiNi相.Ti合金化使Zr基储氢合金中C15相和C14相的晶格常数线性递减.气态P-C-T 测试表明,Ti合金化从x=0增加至x=0.5时合金的吸放氢平台压力升高约10倍,但降低了储氢合金的最大储氢容量.电化学测试表明,Ti合金化有利于改善Zr基储氢合金的活化性能, 这与Ti在KOH溶液中易于溶解有关,但过高的Ti含量降低了合金电极的循环稳定性.Zr1 -xTix(Ni0.6Mn0.3V0.1Cr0.05)2合金的电化学容量和高倍率放电性能均随合金中Ti含量的增加先上升后下降,这与合金的相结构组成有很大关系 .     

活性炭和TiF3共掺杂对NaAlH4放氢-再氢化性能的影响

采用高能球磨法制备了活性炭(AC)和TiF3共掺杂NaAlH4复合储氢材料,研究了TiF3和AC共掺杂NaAlH4后复合材料的吸/放氢性能。结果表明:共掺杂10%(质量分数)AC和3%(摩尔分数)TiF3明显降低了NaAlH4前两步放氢温度,且较单一掺杂而言,共掺杂AC和TiF3更有利于NaAlH4放氢温度的降低;160℃下NaAlH4+TiF3+AC样品在170 min内放氢5.0%(质量分数),完成理论放氢量的93%;4次吸放氢循环后NaAlH4+TiF3+AC依然具有良好的循环稳定性,在160℃、真空下起始放氢以及130℃、9 MPa起始吸氢条件下,NaAlH4可逆储氢量可达4.8%(质量分数)。     

球磨La2Mg17与Ni复合合金的电化学贮氢性能研究

利用机械合金化法制备了La2Mg17+200%(质量分数)Ni复合储氢合金,并对不同球磨时间时合金的微观结构和电化学性能进行研究。结果发现,在球磨过程中Ni粉诱导了La-Mg-Ni非晶/纳米晶结构的形成。XRD和HRTEM结果共同表征了球磨80h时,合金中有Ni金属的存在,且XRD衍射峰强度较低,宽化严重,SAD为宽化的多环,表明形成非晶结构。电化学及其反应动力学测试结果发现,不同球磨时间的电化学反应的动力学控制机理是不同的。球磨60和80h后合金中不仅存在La-Mg-Ni非晶相,同时也有催化剂金属Ni,使合金的表面电荷转移反应电阻较小,氢在合金体相内的扩散系数D 和极限电流密度IL均最大,最终导致80h的放电容量为最大值948.3mAh/g。然而,当合金的球磨时间为100和120h时,合金粉化到纳米级,100h的电荷转移反应电阻Rct最大,合金表面电化学反应缓慢,且合金体相内的极限电流密度和氢扩散系数均最小,属于合金电解液表面间的电荷转移和氢向体相内扩散联合控制的过程,必然导致其放电比容量较小。     

第四组元对机械合金化MgNiCu合金贮氢性能的影响

采用机械合金化方法由Ｍｇ，Ｎｉ和Ｃｕ单质粉末以及添加第四组元粉末按选定比例合成ＭｇＮｉＣｕ和ＭｇＮｉＣｕ－Ｍ５％贮氢材料，着重研究了分别添加不同的第四组元Ａｌ，Ｍｎ，Ｔｉ元素对不同球磨时间后ＭｇＮｉＣｕ合金贮氢性能的影响。结果表明，添加第四组元都不同程度地改善了ＭｇＮｉＣｕ俣金的初始活化条件；添加Ｍｎ能降低ＭｇＮｉＣｕ合金的吸放氢平台，显著改善其吸放氢动力学性质；添加Ｔｉ提高了ＭｇＮｉＣｕ合金的最     

Ca3-xMg2+xNi13合金的储氢性能

为了弄清Mg含量对Ca3Mg2Ni13型化合物结构参数和储氢性能的影响,利用X射线衍射研究了Ca3-xMg2+x,Ni13(x=0.5,1.0和1.5)合金的相结构,并采用Sieverts型设备测量了其P-C-T曲线.研究表明,Mg在Ca3Mg2Ni13型化合物中的最大固溶度接近于Ca1.5Mg<,3.5>Ni13合金中的Mg含量.固溶的Mg含量增加导致化合物点阵常数减小,这可以有效地改善吸放氢热力学性能,其中Ca2Mg3Ni13吸、放氢的焓变分别为-28,30 kJ/mol H2.此外,Ca2Mg3Ni13在吸放氢循环过程中不发生氢致非晶化和氢致分解,因而具有良好的循环稳定性.     

机械合金化(Mg+Mg2 Ni)+TiO2合金的储氢性能

用机械合金化法合成了(Mg Mg2Ni) TiO2储氢合金,借助XRD分析了TiO2的加入对合金的物相结构的影响,SEM考察了合金的形貌.TiO2在合金的吸放氢过程中起到很好的催化作用,降低合金放氢温度并且提高合金储氢量,(Mg Mg2Ni) 10wt%TiO2合金在573K下的储氢量是5.84wt%.     

Design of hydrogen storage alloys with the aid of molecular orbital method

The electronic structures of hydrogen storage alloys are calculated by the DV-Xα molecular orbital method. The results revealed that hydrogen interacts more strongly with hydride-non-forming elements, B, (e.g. Ni, Mn, Fe) than hydride-forming elements, A, (e.g. La, Zr, Ti, Mg) in every hydrogen storage alloy, despite there being a larger affinity of A elements for hydrogen than B elements in the binary metal-hydrogen system. The presence of such a metal-hydrogen interaction is a characteristic of hydrogen storage alloys. Furthermore, the A/B compositional ratio of hydrogen storage alloys can be understood in terms of a simple parameter, 2Bo(A-B)/[Bo(A-A)+Bo(B-B)], where the Bo(A-B), Bo(A-A) and Bo(B-B) are the bond orders between atoms given in the parentheses.     

复相Al3Ti基合金的高温强化

报导了对Ａｌ３Ｔｉ结合合金进行复相强化的研究,利用适量的Ｎｂ合金化,在Ｌｌ２Ａｌ３Ｔｉ基体中形成分散的第二相,其室温和高温强度显著提高,韧性也有改善。改变制备工艺,使合金发生重有序和析出过程,形成具有高度弥散微粒的复相细晶组织,合金的室温和高温强度进一步提高。并探讨了其强韧化作用机理。     

Effect of transition metal on the hydrogen storage properties of Mg–Al alloy

Mg–Al alloys were prepared via sintering combined with ball milling, and the effect of a transition metal (TM = Ti, V, Ni) on the hydrogen storage properties of these alloys was investigated; the alloys were characterized via X-ray diffraction, pressure composition isotherms, and differential scanning calorimetry. The results showed that the alloys were mainly composed of Mg and the Mg₁₇Al₁₂ phase, and the cell volume of these phases decreased after the addition of TM (TM = Ti, V, Ni), which is attributed to the improved hydrogenation kinetics of Mg–Al alloy. Moreover, the hydrogenation/dehydrogenation temperature of the Mg–Al alloy decreased with the addition of TM (TM = Ti, V, Ni). Ti, Ni, and V acted as a catalyst, thereby lowering the reaction barrier for dehydrogenation and promoting the reversible hydrogenation reaction of the Mg–Al alloy. The onset temperature of dehydrogenation of the Mg–Al–V alloy was ~244 °C, which was 66 °C lower than that of the Mg–Al alloy (~310 °C). And the apparent activation energy of the Mg–Al–V alloy was 80.1 kJ mol^?1, where it was 34.6 kJ mol^?1 lower than that of Mg–Al alloy.     

包覆钯和镍后MmNi5基贮氢合金的电极特性

Ｍｍ＿（０．９）Ｔｉ＿（０．１）Ｎｉ＿（３．９）Ｍｎ＿（０．４）Ｃｏ＿（０．４）Ａｌ＿（０．３）合金包覆１０ｗｔ％钯－镍后，电极循环寿命和快速充放电性能有明显提高。同时，钯是较好的吸氢元素，这也提高了负极贮氢合金的电容量利用率。包覆钯－镍的贮氢合金电极２００次循环后电容量仅下降３％。