氢化燃烧合成Mg2NiH4产物高活性特征及分析

氢化燃烧合成法(HCS法)是镁基储氢合金制备的新方法,具有省能、省时、产物高活性等显著优点,近年来引起了国内外广泛关注.本文通过XRD、SEM和PCT等手段研究了氢化燃烧合成Mg2NiH4产物高活性的特征,并从物相组成、颗粒特性和氢化反应等方面揭示了HCS产物高活性的机理.结果表明,氢化燃烧合成Mg2NiH4产物在没有任何活化处理的前提下,第一次吸氢就能达到饱和吸氢量,且在不同温度下均具有比传统熔炼法产物Mg2Ni高的氢化活性;纯的物相组成、多孔的颗粒特性、大量微裂纹的存在和小的晶粒尺寸是其高活性的内在原因.本研究对控制HCS产物的微结构并进一步改善其储氢性能具有重要意义.     

氢化燃烧合成Mg-Mg2Ni储氢合金组成和性能研究

利用氢化燃烧合成法制备了镁基储氢合金Mg-Mg2Ni,分析了镁镍配比和镁粉粒径对HCS产物组成和储氢性能的影响.研究结果表明,HCS产物主要由Mg2Ni及Mg的氢化物MgH2、Mg2NiH4和Mg2NiH0.3组成,没有Ni相的存在,当Mg:Ni＞2:1时,较粗镁粉原料的使用对燃烧合成产物Mg2Ni的氢化活性影响不大,但会降低反应剩余Mg的氢化活性.随原料中镁镍配比的增加,HCS产物中MgH2的相对含量逐渐增加,HCS产物的氢化动力学性能逐渐降低,吸氢量却先增加后降低,Mg:Ni=7.85:1时具有最大的吸氢量4.87wt.%,同时由较细镁粉得到的HCS产物的氢化速率和吸氢量大于较粗镁粉,但两者之间的差别会随镁镍配比的降低而减小.     

掺钛对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响

借助于XRD、TG-DSC和SEM等技术研究了掺钛对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的合成条件及合金性能的影响.结果表明:掺钛使Mg2NiH4的合成温度有一定的提高,600℃时才能大量生成Mg2NiH4;氢压的提高有利于Mg2NiH4的形成,而过高的合成温度和过长的保温时间将不利于Mg2NiH4的形成;钛的掺入使Mg2NiH4的晶胞有一定的增大;掺钛的Mg2NiH4放氢分解温度为259.8℃,比未掺钛的降低了120℃左右;掺钛试样的总放氢量为2.43%;掺钛试样在300℃、0.1MPa下的吸放氢时间为6min,活化可适当提高吸放氢量.     

Mg95Ni5-30wt%La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5复合物的吸放氢性能研究

先采用氢化燃烧合成法制备Mg95Ni5,然后将氢化燃烧合成产物与30%(质量分数)La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5合金进行机械球磨复合,球磨时间分别为5、10、15和20h;将Mg95Ni5的氢化燃烧合成产物直接球磨10h用于对比研究.采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪及气体反应控制器研究了材料的相组成、微观形貌、颗粒化学成分以及吸放氢性能.研究表明,球磨10h的Mg95Ni5/La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5复合物具有最佳的吸放氢性能,在373K,50s内基本达到饱和吸氢量3.78%(质量分数);在523K,1800s内放氢量为3.83%(质量分数);其起始放氢温度为425K,与Mg95Ni5相比降低了35K,吸放氢性能的改善与复合物的组织结构密切相关.此外,La0.7Mg0.36Ni2.8Co0.5的加入改善了复合物的放氢动力学性能.     

氢化燃烧合成法制备Mg-Mg2Ni储氢合金氢化物

以镁-镍共晶组分为研究对象,利用氢化燃烧合成法成功制备了Mg-Mg2Ni镁基储氢合金氢化物,研究表明,产物主要由MgH2,Mg2NiH4及不完全氢化的Mg2N2Ni0.3所组成,同时初始合成氢压、降温时Mg2Ni及Mg氢化保温时间等参数的改变对产物纯度影响不大,且难以消除不完全氢化的Mg2NiH0.3,分析认为合成过程中Mg2Ni表面包裹的Mg是限制Mg2Ni氢化的主要原因.     

镁氢化和镁镍共晶反应对氢化燃烧合成产物储氢性能的影响

通过改变氢化燃烧合成Mg2Ni中镁氢化反应的保温时间,以及镁镍合成反应温度和合成保温时间,来研究镁氢化反应、镁镍燃烧合成反应对产物Mg2Ni储氢性能的影响。实验结果表明,镁氢化反应保温120min时,产物的首次吸氢动力学性能变差;合成温度的提高有利于吸氢量的提高（合成温度850K时,吸氢量最大可达3．36wt％）;保温时间的延长对于产物吸氢量的影响随合成温度的差异而表现不同。     

Mg2Ni系储氢合金的制备及其性能研究

采用感应熔炼法制备出两种镁基储氢合金,即Mg2Ni和Mg2Ni0.9Zr0.1;对两种合金进行扩散退火处理,并对退火处理前后的金相显微组织进行了比较研究;最后对这两种合金进行了X射线衍射实验和吸放氢性能测试实验.研究结果表明该方法制备出的镁基储氢合金活化性能优良;扩散退火能显著改善镁基储氢合金的显微组织和储氢性能.     

氢化燃烧合成法制备镁基储氢合金Mg2NiH4

采用自行设计制作的反应设备，研究了氢化燃烧合成法制备Mg2NiH4的工艺参数。主要探讨了合成反应动力学因素：压力、合成温度、氢化保温时间对产物纯度的影响。实验结果表明，在初始压力为1．5MPa下，合成条件分别为：合成温度808K，合成保温时间120min，氢化保温时间60min及合成温度850K，合成保温时间60min，氢化保温时间90min时均可制备出纯的Mg2NiH4。     

镁的氢化反应对氢化燃烧合成储氢合金Mg2NiH4纯度的影响

本文主要通过改变在镁氢化反应温度的保温时间,研究不同合成压力、合成温度下,中间反应-镁的氢化反应对氢化燃烧合成Mg2NiH4的影响.初步探讨了镁的氢化反应与燃烧合成Mg2Ni反应及其氢化反应的内在联系.研究结果表明:镁的充分氢化在促进Mg-Ni燃烧合成反应的同时有效地提高了Mg2Ni的氢化活性,这一结果为工业化低压合成纯Mg2NiH4提供了可行途径,但在低温下仅延长镁的氢化时间,产物中少量的Ni很难消除.     

Al的添加对Mg2Ni合金储氢性能的影响

采用两步法(球磨 烧结),制备了Mg2-xAlxNi(x=0、0.1、0.3)合金,研究了Al对Mg2Ni合金储氢性能的影响.XRD和SEM研究表明Al的加入使合金中产生了Mg3AlNi2新相.利用PCT测试仪测定了合金的储氢性能,结果表明:添加Al元素会降低合金的吸氢量,但能有效地提高放电容量和循环稳定性.制备出的Mg1.9Al0.1Ni和Mg1.7Al0.3Ni相比,前者具有较大的吸氢量,后者的放电容量较大,循环稳定性较好.     

Characteristics of Hydrogen Storage Alloy Mg2Ni Produced by Hydriding Combustion Synthesis

A high activity and large capacity of hydrogen storage alloy Mg2Ni by hydriding combustion synthesis was investigatedby means of pressure composition isotherms, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results showedthat the maximum hydrogen absorption capacity of Mg2Ni is 3.25 mass fraction at 523 K, just after synthesis withoutany activation. The relationships between the equilibrium plateau pressure and the temperature for Mg2Ni were lgp(0.1 Mpa)=3026/T 5.814 (523 K≤ T ≤623 K) for hydriding and Igp (0.1 Mpa)=-3613/T 6.715 (523 K≤T ≤623 K) for dehydriding. The kinetic equation is [-ln(1 - α)]3/2 = kt and the apparent activation energy for thenucleation and growth-controlled hydrogen absorption and desorption were determined to be 64.3±2.31 kJ/(mol.H2)and 59.9±2.99 kJ/(moI.H2) respectively.     

Mg3Pr化合物储氢性能研究

用X射线衍射方法（XRD）研究了Mg3Pr合金吸放氢前后的结构变化。Mg3Pr合金在吸／放氢过程中的压力．组成．等温曲线（PcI）和吸氢动力学曲线表明合金能在室温下吸氢，并且具有良好的吸氢动力学特性，能在4min之内达到饱和吸氢量的90％；其最大吸氢量分别为2．57％（质量分数）。Mg3Pr合金的吸氢动力学曲线可用Avrami-Erofeev方程拟合，说明吸氢过程符合形核长大机制。同时，也计算了Mg3Pr-H氢化反应的熵和焓。     

镁基复合材料(Mg-Ni-MO)的储氢性能

在充氢气条件下，用机械球磨的方法合成了（RMA）镁基纳米复合材料Mg-3Ni-2MO(质量分数，％）（MO－过渡金属氧化合：Cr2O3,MnO2,V2O5,NiO,ZnO)。研究了材料的吸氢和放氢性能，在吸放氢过程中温度的变化规律，特别是在吸氢过程中产生的引燃现象。研究了材料的组成和球磨时间对吸放氢性能的影响。结果表明，含有过渡金属氧化物的镁基纳米复合物都具有较好的吸放氢动力学性能和较低的放氢温度。     

Cu合金化Mg2NiH4储氢体系的组织结构与解氢性能

基于机械反应球磨技术在氢气气氛下成功合成了Mg2NiH4及Cu掺杂Mg2NiH4储氢体系,并采用XRD、SEM、DSC及TGA检测手段对其组织结构与解氢性能进行表征。结果显示,适当提高氢压、延长球磨时间均有助于2Mg-Ni混合物氢化反应的完全化及产物结构的纳米化;Cu掺杂可进一步加快混合物的氢化反应速率,但其产物结构的团聚现象却因MgCu2相的出现而趋于严重;综合热分析表明Cu掺杂不仅降低了Mg2NiH4的解氢温度,还加快了体系的解氢速率;研究结果很好地证实Cu元素是改善Mg2NiH4储氢体系解氢性能最理想的合金化元素之一。     

氢化燃烧合成镁基储氢合金的电化学性能的研究

研究了氢化燃烧合成Mg2NiH4产物的电化学性能，并探索了机械球磨处理对产物电化学性能的影响。电化学测试表明，HCS产物不经任何处理，最大放电容量仅为45.13mAh／g；产物球磨后最大放电容量和高倍率放电能力得到提高，如产物经球磨1h后，最大放电容量增至259．24mAh／g，产物添加3％（质量分数）的石墨球磨5h，最大放电容量增加了10倍以上，达到481．50mAh/g。     

氢化燃烧合成Mg2NiH4及氢化物放氢温度的研究

报道了原料中不同镍含量对氢化燃烧合成Mg2NiH4的影响和生成物中各氢化物的放氢温度等相关研究.氢化燃烧合成的结果表明:当镍含量＜54.6%时,随着镍含量增加,氢化燃烧合成物中的Mg2NiH4增加,MgH2减少;DSC-TG曲线的结果表明,Mg2NiH4、Mg2NiH0.3和MgH2分别在650、683、719K附近产生放氢吸热和失重.