固体储氢材料的研究进展

氢的廉价制取、安全储运以及高效应用是目前氢能研究领域的重点,而安全、高效的氢储运是实现氢能规模化应用的技术关键,因此高容量固态储氢材料的研发具有重要的学术意义和应用价值。固体材料储氢因储氢密度大、安全系数高而成为最有前景的储氢技术,得到了研究者们的广泛关注。本文针对目前国内外固体储氢材料研究现状,论述了几种固体储氢材料的研究进展,包括物理吸附类储氢材料、金属基储氢材料、配位氢化物和水合物储氢材料。重点评述了固态储氢材料中最具发展潜力的镁基储氢材料,并阐述了合金化、纳米化、添加催化剂以及复合轻金属配位氢化物等几种改性方法对镁基储氢材料储氢机理、微观结构、热力学性能、动力学性能的影响。制氢-储氢-用氢一体集成化设计应是固态储氢尤其是镁基储氢产业化应用发展道路,而镁基固态储运氢技术的发展,将可能实现氢气安全高效及大规模储运。     

镁基储氢材料的性能及研究进展

镁基储氢材料具有储氢容量高、价格低廉、在自然界中镁资源丰富等优点，被认为是最具有发展前景的一类固态储氢材料。由于MgH₂稳定性好且放氢焓值高(75kJ/mol H₂)，氢分子在Mg表面解离能高及氢原子在镁晶格中扩散速率慢，导致吸放氢热力学稳定、动力学缓慢，从而限制了其在储氢方面的应用。对于镁基储氢材料性能的改善，目前已经取得了许多研究成果。本文综述了国内外镁基储氢材料的研究报道，归纳了镁基储氢材料的改性方法，重点阐述了合金化、纳米化和添加催化剂对于优化和改善热力学和动力学性能以及吸放氢机理的影响。最后对该领域的研究成果和发展前景进行了总结和展望，基于现有分析认为，在未来的研究中可以综合运用添加催化剂和纳米化改性双重机制对MgH₂体系热力学性能进行调控，以获得具有高容量、高性能的Mg/MgH₂储氢体系，满足商业化应用的要求。     

烟煤粘结纳米镁基储氢材料的结构与性能

以镁、烟煤和碳化无烟煤为原料,经氢气反应球磨制备烟煤粘结的纳米镁基储氢材料,研究了烟煤粘结纳米储氢材料的表面形貌、官能团结构及吸放氢性能。实验表明:550℃热处理时,烟煤能将纳米级颗粒粘结成500~800 nm的储氢材料。此外,通过XRD、TPD等检测表明,材料230℃时就可以储氢,随温度升高,储氢量增加。     

Mg基新型纳米复合储氢材料

正一、成果简介上海大学通过研究储氢合金Mg基-AB2复合材料表相与体相中氢扩散及纳米尺寸效应,阐释氢与复合材料的相互作用机理,建立了相应的储氢机制,探索出一种高效而经济的纳米储氢材料制备方法,研制出储氢量高,工作温度低,吸放氢速度快的Mg基-AB2系列储氢材料,吸氢量可达到6.8～7.3     

纳米复合镁基储氢材料的研究进展

介绍了纳米复合镁基储氢材料的最新进展，重点阐述了镁与金属、非金属和金属间化合物等的纳米复合材料。     

镍对镁碳材料吸放氢性能的改善研究

用反应球磨法制备了70Mg30CxNi纳米复合材料,研究了在反应球磨过程Ni元素对复合材料物相、粒度的影响,Ni元素在氢气反应球磨过程中,Ni元素硬度大有利于Mg/C材料的快速纳米化,平均纳米晶粒度只有20-35nm。Ni元素的加入,对镁碳材料储氢量影响显著,当Ni的添加量为4%时,储氢量为4.82%,330℃放氢量达到4.69%,因此,适量Ni的加入,有助于镁碳材料动力学性能的改善。     

大容量镁基储氢材料及其储氢性能

结合Mg-C纳米晶复合储氢材料的研究,对目前大容量镁基储氢材料研究结果进行了分析,指出用机械合金化法制备Mg纳米晶可提高其储氢密度、改善其动力学性能,但材料放氢温度一般较高。作者课题组将碳微晶与Mg复合,并引入金属催化剂,以降低MgH2分解温度。差热扫描量热分析(DSC)表明Mg-C纳米晶复合储氢材料的初始放氢温度为201~240℃,降低了60~90℃,其热力学性能得到了较大的改善。     

碳微晶结构对球磨制备镁基储氢材料的影响

以杏壳活性炭和煤基碳作为镁粉的助磨剂,用氢气反应球磨法制备了镁基储氢材料,对比研究了这两种不同微晶结构的碳在制备镁基储氢材料时作用的差异。结果表明,杏壳活性炭和煤基碳都是镁粉的有效助磨剂,能防止镁粉发生"冷焊"及粘附现象,得到分散的纳米级镁基储氢材料。杏壳活性炭对镁粉的分散性优于煤基碳,但用煤基碳作助磨剂所制得粉体的粒度更小,储氢密度更大,放氢温度更低。     

镁基储氢材料在含能材料中的应用

根据化学结构不同将镁基储氢材料分为镁基储氢合金氢化物、氢化镁和镁基配位氢化物3类,分别介绍了3类镁基储氢材料在含能材料中应用的研究进展;分析了镁基储氢材料在含能材料中的应用前景和存在的问题;介绍了计算机模拟技术在研究镁基储氢材料对推进剂热分解影响中的应用情况。结果显示,镁基储氢材料能够通过促进含能材料的热分解过程提升其能量水平,同时其较高的热稳定性有利于改善含能材料组分的相容性和安定性。镁基储氢合金氢化物、氢化镁和镁基配位氢化物均可显著提高固体推进剂和炸药的应用性能。因此,镁基储氢材料在含能材料领域具有广阔的应用前景。附参考文献47篇。     

镁基储氢合金合成与改性方法的研究进展

报道了镁基储氢合金的合成方法以及镁基储氢合金主要的改性方法。对熔炼法、机械合金化法、扩散法、氢化燃烧法等制备镁基储氢合金的方法进行了综述：介绍了改善合金热力学和动力学性能的研究进展。指出了今后镁基储氢合金的研究重点。     

二硫化钼助磨的镁基储氢材料相结构及储氢性能

本研究在氩气气氛保护下球磨镁和二硫化钼混合粉末制备了镁基储氢材料。利用X射线衍射、差示扫描量热分析等测试手段对储氢材料的相结构和储氢性能进行了测定。结果表明,球磨2.5 h只需添加10 wt.%的二硫化钼即可有效地防止镁冷焊现象的发生,球磨3.0 h则需要添加15 wt.%的二硫化钼;二硫化钼在球磨过程中由晶体转变为非晶体;二硫化钼不参与储氢,不破坏镁的晶体结构;添加10 wt.%的二硫化钼制备的储氢材料,其储氢密度可达到5.8 wt.%以上;二硫化钼的添加对于降低材料的放氢温度无明显影响。     

Mg基储氢合金的研究现状

Mg基储氢合金因储氢容量高、资源丰富等优点受到研究者的广泛关注,但其高的吸/放氢温度、缓慢的吸/放氢速率等限制其广泛应用。Mg和Mg_2Ni作为Mg基储氢合金的代表,一直是研究的热点,研究者采用添加催化剂、合金化等方法提高Mg和Mg_2Ni的吸/放氢动力学性能,降低吸/放氢温度。综述了近年来Mg和Mg_2Ni合金储氢性能的研究,特别关注催化剂添加增强Mg储氢性能、合金化改善Mg_2Ni储氢性能和添加球磨提高Mg-Mg_2Ni合金储氢性能的相关研究。     

石墨烯增强镁基复合材料对运动器材的影响及性能分析

以石墨烯为增强体进行了体育器材用石墨烯增强镁基复合材料的制备,进行了显微组织、物相组成、力学性能和耐磨损性能的测试。通过研究石墨烯增强镁基复合材料在运动器材中的发展及应用状况,把石墨烯增强镁基复合材料与其他复合材料进行对比,概括了石墨烯增强镁基复合材料在体育器材中应用的优势。结果表明：石墨烯增强镁基复合材料与AZ31镁合金相比,石墨烯增强镁基复合材料在温度-20、20和300℃的抗拉强度依次为104、262、83 MPa,分别增至527、538和515 MPa;磨损体积依次减小89%、90和90.9%。其耐磨性和防腐蚀良好性能性,力学性能较为突出,表明石墨烯增强镁基复合材料运动器材的应用空间发展巨大。     

镁基储氢材料电化学性能简述

面对近年来日益严重的能源危机,世界各国纷纷采取切实措施,保护环境,开发新能源。氢能这一新能源体系就是在这样的背景下应运而生的。一、镁基合金的性能镁基储氢合金作为理想的固态储氢材料,具有储存量大（Mg2NiH4的储氢量为3．6wt％,理论电化学容量为999mAh／g）、资源丰富、价格低廉,比重小,对环境友好等优点,被认为是极具潜力的车载储氢材料。镁基储氢合金形成的氢化物在室温下稳定不易脱氢,有高的放氢过电位和低的放氢量,很难室温条件下的实际应用。     

无烟煤和烟煤在镁基储氢材料制备中的作用

在纯镁中加入无烟煤通过机械球磨的方法制备镁基储氢材料。对制备的储氢材料的形貌和储氢性能进行表征和测试。结果表明,在镁中添加无烟煤进行机械球磨可以在1.5 h内生成纳米级颗粒,但是添加量过高会降低材料的储氢量,70Mg30C的储氢量为550 mL/g,60Mg40C的储氢量为360 mL/g。在制备的储氢材料中加入烟煤之后,在500℃热处理条件下,储氢材料出现熔融现象,且熔融的烟煤都包覆在颗粒表面。     

纳米粒子改性环氧树脂的研究进展

论述了环氧树脂基纳米复合材料的研究发展概况,主要包括:无机纳米粒子结构特性、环氧树脂基纳米复合材料的制备方法、固化机理及环氧树脂基纳米复合材料的性能和作用机制。最后指出了目前研究中存在的一些问题,并对其发展做出了简要的述评。     

掺杂型石墨烯基纳米复合材料的研究进展

简述了石墨烯具有独特的结构、优异的性能以及制备方法;着重探讨了石墨烯基纳米复合材料的主要掺杂方法,如元素掺杂法,主要包括非金属元素和金属元素掺杂;化合物掺杂法以及碳素材料掺杂法。这些掺杂法制备出的纳米复合材料应用广泛,主要在超级电容器、传感器、储氢方面以及生物医学等领域突出。最后进一步提出了在石墨烯探索过程中的一些问题,如其易产生褶皱以及分散性能不稳定等。同时也阐述了其未来可能发展趋势,如探讨磁性、光学性能等。     

氢化物载体LaMg2Ni对汽车用Mg2Ni 合金储氢性能的影响

采用机械球磨法制备了Mg₂Ni-x%LaMg₂Ni复合材料（质量分数x=0、10、20和30）,研究了LaMg₂Ni含量对Mg₂Ni基复合材料物相组成、显微形貌和储氢性能的影响。结果表明,未添加LaMg₂Ni的Mg₂Ni合金在充分氢化后主要由Mg₂NiH₄和Mg₂NiH_0.3组成,而添加LaMg₂Ni的Mg₂Ni基复合材料主要由Mg₂NiH₄和LaH₃组成;充分放氢后,Mg₂NiH₄和Mg₂NiH_0.3转变为Mg₂Ni,而LaH₃相仍然存在。添加LaMg₂Ni的Mg₂Ni基复合材料中都弥散分布着白亮色LaH₃颗粒,x=20时白亮色细小颗粒分布最为均匀,且随着LaMg₂Ni含量增加,Mg₂Ni基复合材料基体中镧元素含量逐渐增多。不同LaMg₂Ni含量的Mg₂Ni基复合材料的最大吸氢容量从大至小顺序为：x=0、x=10、x=20、x=30,最大放氢容量从大至小顺序为：x=20、x=10、x=30、x=0,即添加LaMg₂Ni后Mg₂Ni基复合材料的储氢性能得到改善,且x=20时Mg₂Ni基复合材料具有最高的储氢容量,这主要与Mg₂Ni基复合材料中含有弥散分布的LaH₃相以及La元素扩散至基体有助于氢的吸附/脱附有关。     

高效存储氢的纳米复合材料研制成功

据美国物理学家组织网近日报道，美国科学家设计出了一种新的储氢纳米复合材料，它由金属镁和聚合物组成。新材料在常温下就能快速地吸收和释放氢气，在吸收和释放氢气的循环中，金属镁也小会氧化，这是氢气储存和氢燃料电池等领域取得的又一个重大突破。     

几个高性能树脂基复合材料的研究

介绍了短纤维增强树脂基复合材料、聚酰亚胺纳米杂化薄膜材料和环氧基纳米复合材料方面的研究工作，简要概括了短玻璃纤维、短碳纤维以及与颗粒混合增强树脂基复合材料的研究结果，报道了聚酰亚胺纳米杂化薄膜材料和环氧基纳米复合材料的一些低温性能研究结果。