金属氢化物复合式高压储氢器的研究

为提高高压储氢容器的体积储氢密度,采用具有高体积储氢密度的储氢合金与轻质高压容器复合组成高压金属氢化物复合式储氢器.为获得高压氢源,研究了Mm-Ml-Ni-Al(Mm为富铈混合稀土,Ml为富镧混合稀土)的储氢特性,并试制了化学热压缩器.采用研制的高压氢源,对具有高吸放氢平台压力的Ce-Ni系合金的高压储氢特性进行了研究.实验结果表明:以Ml或Ca部分取代Mm以及Al对Ni的部分置换后合金活化性能和吸放氢压力滞后明显改善,(Mm-Ml)0.8Ca0.2(Ni-Al)多元合金具有较好的储氢性能,适合于作为化学热压缩合金.CeNi5基多元合金在40MPa氢压条件下,合金具有较好的活化性能和吸放氢动力学性能,合金最大储氢容量分别达到1.6wt%.将优化的储氢合金与自制的轻质高压储氢容器复合组成的金属氢化物复合式高压储氢器,当储氢合金的填充量达到0.2(体积分数)时,其体积储氢密度提高50%.     

新型氨基储氢材料CaCl2的性能研究

研究了工作温度、起始氨压和球磨处理对无水CaCl₂的吸放氨性能的影响. 结果发现, 球磨2h样品在温度20℃和氨压0.55MPa的条件下, 15min内即可完全氨化, 形成CaCl₂(NH₃)₈, 其吸氨量可达55.1wt%, 相当于储氢量9.72wt%. CaCl₂(NH₃)₈在20～300℃的范围内可通过三步反应实现完全脱氨, 脱氨反应受温度和压力控制, 其中6个NH₃分子在常温、常压下即可脱附. 如果与NH₃分解催化剂联用, 可能是一种较好的以NH₃为介质的高容量储氢材料. 进一步研究表明, 较高的工作温度和起始氨压可以提高CaCl₂的吸氨动力学性能, 而球磨时间的增加可以显著降低其放氨工作温度, 提高其放氨动力学性能.     

金属氢化物氢压缩器用Ti-Mn／Ti-Cr多元储氢合金

根据金属氢化物的热力学特性，储氢合金可应用于热驱动化学氢压缩器。针对热驱动化学氢压缩器用储氢合金的要求，系统研究了Ti-Mn系和Ti-Cr系多元储氢合金的储氢性能，研究了Cr／Mn比，Fe部分取代Cr，Zr部分取代Ti以及A侧过化学计量对Ti-Mn系和Ti-Cr系多元储氢合金的储氢容量、吸放氢平台特性（包括压力、滞后和平台倾斜度等）、热力学性能、活化和动力学性能的影响，筛选出一对性能优良的储氢合金（Ti0.95Zr0.07）（Mn1.1Cr0.7V0.2）和（Ti0．95Zr0.07）（Cr1.4Mn0.4Fe0．1Cu0.1）分别作为两级热驱动化学氢压缩器的低压级和高压级合金。以此2合金设计制作了氢容量为50L的压缩器，以水作为热交换介质可将压力为2．5MPa氢气压缩到40MPa以上。     

La-Mg-Ni系AB3型贮氢电极合金的相结构与电化学性能

XRDRietveld分析显示,LaxMg3-xNi9(x=1.0-2.3)均由六方PuNi3型结构的主相及少量LaNi5及MgNi2杂相组成,主相的晶胞参数随x的增加而线性增大.合金的氢化物仍保持PuNi3型结构,但其晶胞体积有较大的膨胀.电化学测试表明,随x增加,合金的最大放电容量由88.3(x=1.0)逐渐增大到397.5mA·h/g(x=2.0),然后又降低到230mA·h/g(x=2.3).对放电容量超过348mA·h/g的合金(x=1.7-2.2),在放电电流i=400-1200mA/g的条件下,合金的高倍率放电性能(HRD)均随x增加而有不同程度的降低.HRD的缓慢降低主要与合金电极进行电荷迁移反应时的电催化活性的逐渐降低有关,而在x＞2.0时,HRD的快速降低与氢在合金中的扩散速率明显降低有关,上述合金经100次循环后合金的容量保持率为55.7%-62.9%,容量衰退较快与循环过程中La和Mg的氧化腐蚀以及合金较大的吸氢体积膨胀率有关.     

Nb基添加剂对AlH_3放氢行为的影响

氢化铝(AlH_3)具有储氢量高(10.1wt%)等优点,是近年来受到广泛关注的储氢材料之一。本文采用有机合成法制备了AlH_3,并添加了铌基添加剂(Nb、NbC、Nb2O5和NbF5)对其进行改性,系统研究了铌基添加剂对AlH_3放氢性能的影响。研究结果表明,制备的AlH_3纯度较高,不含其他杂质相,起始放氢温度约为130℃,终止放氢温度约为170℃,总放氢量达8.5wt%左右;添加剂Nb和NbC对AlH_3放氢性能有明显的改善作用,起始放氢温度降低到90~95℃;Nb2O5和NbF5对AlH_3的放氢行为影响显著,手工研磨的AlH_3+Nb2O5样品后,AlH_3的起始放氢温度从130℃下降到70℃,终止放氢温度随添加量的增加而降低,手工研磨的AlH_3+1mol%NbF5样品的初始放氢温度降低到60℃,放氢终止温度为140℃。同时,本文分析讨论了铌基添加剂对AlH_3的放氢性能的影响机理。     

Ce2Mg17及其氢化物添加剂对LiBH4的放氢作用机理研究

为改善LiBH4体系的可逆吸放氢性能,将Ce2Mg17合金(简称为CM)及其氢化物(CeH2.51和MgH2,简称为CMH)分别与LiBH4球磨4 h制得LiBH4-0.02CM和LiBH4-0.02CMH复合储氢体系,采用MS、TPD、XRD和FT-IR等测试手段研究了不同状态Ce-Mg添加剂对复合储氢体系可逆吸放氢性能的影响及其作用机制。结果表明:Ce2Mg17合金本身对改善LiBH4吸放氢性能没有明显作用;而Ce2Mg17氢化物(即MgH2和CeH2.51)可降低复合体系中LiBH4的放氢温度和提高LiBH4的放氢速率,并可明显改善体系的可逆吸放氢性能。进一步分析表明,MgH2和CeH2.51对LiBH4的协同改性作用是有效降低LiBH4热力学稳定性、提高LiBH4-Ce-Mg复合体系可逆吸放氢性能的主要原因。     

LiAlH4/2LiNH2复合体系的储氢性能

为了改善LiAlH4和LiNH2的储氢性能,将LiAlH4与LiNH2通过球磨制备成LiAlH4/2LiNH2复合储氢材料体系,采用X射线粉末衍射(XRD)仪、傅里叶红外光谱分析(FTIR)仪、同步热分析(TG/DSC)仪、核磁共振波谱分析(NMR)仪等测试手段研究LiAlH4/2LiNH2复合储氢材料的储氢性能以及放氢过程的结构变化,分析了LiAlH4与LiNH2相互作用的机制。结果表明:LiNH2的加入改变了LiAlH4的放氢反应路径,有效地降低了LiAlH4的分解放氢温度,其放氢过程主要进行两步反应,最终产物为Li3AlN2。     

温度对La-Mg-Ni-Co-Mn贮氢电极合金电化学性能的影响

系统研究了温度对La07Mg03Ni2875Co0.525Mn0.1贮氢合金电化学性能尤其是电化学动力学性能的影响.结果表明:La07Mg03Ni2 875Co0525Mn0,合金由(La,Mg)Ni3相和LaNi5相构成.合金的最大放电容量随着温度升高从-20℃时的277.5 mAh/g增加到30℃时的406.2 mAh/g.随着温度升高,合金放电平台电位逐渐变负,放电过电位逐渐减小,合金电极的极化减弱.高倍率性能、交换电流密度、氢的扩散系数研究表明合金的电化学动力学性能随着温度升高不断提高.该合金的氢扩散活化能为17.6 KJ/mol.     

新型Ti—Cu—Ni基储氢合金的非晶化制备与电化学性能

采用先熔炼Ti2Cu再添加Ni粉进行复合球磨的工艺方法探索制备了Ti—Cu—Ni基非晶合金,并研究了Ni粉添加量和球磨时间对合金相结构与电化学储氢性能的影响。结果表明,Ni粉添加量和球磨时间对合金的相结构与电化学性能有显著影响。其中,晶态Ti2Cu熔铸合金的放电容量仅为3．7mAh／g;将其球磨120h后的放电容量仍然只有14．4mAh／g;当添加Ni粉复合球磨120h形成非晶结构后,其放电容量得到明显提高,其中TizCu＋50％Ni复合物的最大放电容量为82mAh／g,Ti2Cu＋100％Ni复合物的最大放电容量达到168mAh／g。同时,随着球磨时间的增加,合金的非晶化程度也增强,放电容量随之提高。研究发现,添加Ni粉进行复合球磨有助于Ti2Cu的非晶化转变,同时Ni还起到良好的电催化作用,改善了合金的电化学性能。     

Li-Al-B-H复合体系的储氢性能研究

以LiAlH4和LiBH4为原料,采用球磨方法制备了Li-Al-B-H复合储氢体系,通过XRD、TG、DSC和SEM等研究手段对复合物的微观结构和性能进行表征.研究结果表明:LiAlH4/2LiBH4复合物加热至500℃时的放氢量达到9.7wt％,在450C和8Mpa H2条件下的最大吸氢量达到6.8wt％.还计算了(LiAlH4/2LiBH4)复合物放氢反应的表观活化能,并对( LiAlH4/2LiBH4)复合物吸放氢反应的机理进行了讨论.