镁基储氢材料的研究进展与发展趋势

对近年来镁基储氢材料的研究开发概况、制备技术以及应用研究等方面进行了系统阐述,分析了影响镁基储氢材料储氢性能的主要因素,总结了采用机械合金化法、储氢合金组元部分替代、添加催化剂制成复合材料及表面改性等方法可以有效改善储氢性能,并对镁基储氢材料研究中存在的问题以及今后的发展方向进行了探讨与展望.     

镁基复合储氢材料的研究进展

金属镁具有储氢密度大、价格低廉、资源丰富等优点,是当前最有发展前景的储氢材料之一,但其动力学性能差,需要高温才能吸收和放出氢气.为了改善其储氢性能,除制备镁基合金外,利用机械球磨法制备镁基复合储氢材料也得到了广泛研究.对目前制备的镁基复合储氢材料进行了分类,并分别介绍了各类的研究进展.     

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。     

非晶态镁基储氢合金的研究进展

综述了非晶态镁基储氢合金的研究现状和最新进展.简要分析了制约该合金实用化的主要因素,并针对存在的问题介绍了机械球磨工艺、多元合金化、复合以及表面改性对合金的形成及性能,特别是对合金的放电容量和循环稳定性的影响,同时指出了今后研究工作的重点和方向.     

镁基储氢材料研究进展

从气固反应的角度对近几年镁基储氢材料研究中的新技术和新方法进行了综述。主要包括球磨法、晶态及非晶态改性、烧结法和添加添加剂等方法。并简要对各种方法的工艺条件及所制备产物的吸放氢性能进行了讨论。     

机械合金化法制备镁基储氢合金的研究进展

机械合金化法是制备镁基储氢合金的较佳工艺。对近年来机械合金化法制备镁基储氢合金的研究开发,特别是在多元合金化、复合储氢合金等方面的发展进行了系统阐述。总结认为,机械合金化法可以显著改善镁基储氢合金的动力学性能和电化学性能,提高储氢量。未来镁基储氢合金应向复合材料、新方法与机械合金化法相结合、材料的计算机设计等方面发展。     

催化剂对镁基储氢材料储氢性能影响的研究进展

综述了近年来添加过渡族金属、金属氧化物和金属卤化物催化剂对镁基储氢材料性能影响的研究进展,总结了催化荆催化效果的影响因素.比较发现,多价态过渡族金属卤化物对镁基储氢材料具有最好的催化作用.催化剂作用机理包括:为氢的扩散提供通道;为氢的吸附、离解提供活性位置;起到"氢泵"的作用;与Mg-H键发生电子交互作用.     

镁基储氢材料水解制氢研究进展

化石能源的广泛使用使得地球上出现了严重的温室效应和空气污染,且化石能源的储量也逐步下降,造成的能源危机日益严重。为了应对这些挑战,人们开始着力寻找清洁无污染的高效可再生能源。氢能因具有超高的燃烧热及零排放的特点而被认为是最理想的清洁能源。镁基储氢材料因具有高的质量储氢密度,且因镁的地壳含量高、成本低等优点而备受关注。镁基储氢材料水解可以产生高纯度的氢,而且副产物对环境无污染,因此被认为是最有应用前景的制氢方式之一。纯Mg和MgH₂水解可以分别产生6.4%和3.4%(质量分数)的H₂,但镁基储氢材料水解反应产生难溶于水的Mg(OH)₂,导致其反应动力学缓慢。近年来,通过将金属、金属氢化物与镁基储氢材料进行复合或者在水解反应时添加酸和无机盐等手段有效提高了氢产率和反应动力学性能。综述了镁基储氢材料水解制氢的最新研究进展,并对其未来的发展提出了展望。     

镁基储氢合金循环寿命研究进展

镁基储氢舍金是一种很有发展前景的储氢合金材料,但在碱性电解液中极易腐蚀,循环性能较差,这限制了它的实际应用.因此,采用不同方法对其循环寿命进行改善成为近年来的一个研究热点.分析了镁基储氢合金循环寿命衰退的原因,针对目前改善其循环性能的主要方法如添加合金元素、控制粒径大小、进行退火处理、制成复合材料、进行表面包覆、控制电荷输入和使用缓蚀剂等进行综述和分析,并强调在研究其循环寿命的同时应将放电容量、吸放氢动力学等因素进行综合考虑,最后指出了今后研究镁基储氢合金循环寿命的重点.     

镁基储氢材料催化的研究进展

过去十几年国内外对镁基储氢材料的催化剂研究表明,使用催化剂能够有效改善材料的表面特性,提高材料的吸放氢动力学性能。目前常用的催化剂体系有过渡族金属、金属氧化物、金属卤化物、金属间化合物以及碳素非金属。通过比较发现,不同种类的催化剂催化效果不同,相应的催化机理也有所差异。目前,国外研究者已发现几种催化剂共同催化的效果显著,国内应加强金属间化合物和碳素材料催化剂以及不同催化剂共同作用方面的研究。     

核壳结构纳米镁基复合储氢材料研究进展

氢能的有效开发和应用主要需解决氢的安全、高效储运瓶颈问题。MgH_2具有高储氢容量、资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是最具发展前途的一类储氢材料。但是,MgH_2较高吸放氢温度和较慢吸放氢速率限制了其实际应用。核壳结构纳米镁基储氢材料有助于材料储氢性能的改善,目前已取得了大量成果。本文针对国内外纳米镁基核壳结构储氢体系研究现状,归纳了该类储氢材料的制备方法,重点阐述和总结了其吸放氢热力学动力学性能、微观结构、物相变化,并对该领域的研究成果和方向进行了总结和展望,指出调控核壳结构镁基材料的纳米尺寸、添加高效纳米催化剂及其综合协同作用是镁基储氢材料领域未来的研究趋势和重要研究方向。     

新型稀土镁基贮氢电极合金的结构与性能

系统研究了La0．7Mg0．3(Ni0．85Co0.15)x(x=2．5，3．0，3．5，4．0，4．5，5．0)贮氢电极合金的结构和储氢性能．该类型合金由(La，Mg)Ni3相(PuNi3型结构)和LaNi5相(CaCu5型结构)组成，两相的a轴参数和晶胞体积都随着x值的增大而减小．(La，Mg)Ni3相的丰度先从x=2．5时的48．4％增加到x=3．5时的78．2％，然后又减小到x=5．0时的12．2％，而LaNi5相的丰度在x=2．5-3．5时基本保持不变(-20％)，在x=4．0时突然增加到71.9％．合金的吸氢量从x=2．5时的0．86％(质量分数)增加到x=3．5时的1．50％然后又减小到x=5．0时的1．19％．合金的放氢平台压力在x=2．5-3．5时保持基本不变(-65．9kPa)，然后逐渐增加到x=5．0时的0．30MPa．随着x的增加，吸放氢过程的滞后效应先增大后减小，而合金的放氢平台变得更加平坦．     

镁基材料储氢器的传质与传热研究

运用由壳层-缩核模型推导出的镁基储氢材料吸氢过程的动力学方程,分析了储氢材料在吸氢过程中的传质与传热规律,并对小型储氢器传质与传热过程进行了计算,其计算结果与试验数据可以较好地吻合,特别是对镁基储氢材料在吸氢过程所形成的‘引燃'过程进行了准确的描述,为储氢器设计提供了必要的理论基础.     

机械合金化制备镁系储氢材料的研究进展

机械合金化法是新近发展起来的制备镁系储氢材料的较佳工艺.综述了国内外采用该法制备镁系储氢材料的研究进展情况,报道了机械合金化法制备MgH4、Mg2Ni、多元镁基储氢合金、非晶态镁系储氢合金及纳米复合镁系储氢材料的最新研究成果,总结认为,机械合金化可以显著改善镁系储氢材料的动力学性能和电化学性能,提高储氢量.     

烟煤粘结纳米镁基储氢材料的制备及吸放氢性能

以Mg、烟煤和碳化无烟煤为原料,经H2反应球磨、热处理制备了烟煤粘结的纳米镁基储氢材料,研究了储氢材料结构及吸放氢性能,并计算了材料的吸氢动力学参数。结果表明,在600℃热处理时材料中的Mg容易与煤中的C发生反应生成Mg2C3;添加15%(质量分数)烟煤,经500℃热处理能有效粘结纳米Mg颗粒,且未见Mg2C3生成。储氢材料的吸氢速率随温度升高而增大,在2MPa H2下吸氢量在350℃达到最大值,约3.77%(质量分数),在400℃时吸氢量略有下降。根据Arrhenius公式得出储氢材料在300~350℃下吸氢的一级反应表观活化能为56.6kJ/mol H2。用TPD测定了储氢材料的放氢温度,表明材料在250℃开始放氢,388℃时达到放氢高峰。储氢材料中的C可结合少量H,该类H在加热时会以CH4等烃的形式释放出来。     

Ti基准晶材料制备和贮氢性能研究进展

Ti基准晶材料具有热力学稳定的正二十面体构造，表现出特殊的传输特性、贮氢特性和力学特性等，相关研究受到广泛关注。近年，作者所在研究组在Ti基准晶的制备和贮氢性能研究方面取得了一些新进展。综合报道了Ti-Zr-Ni-Cu系准晶相及其复合相材料的制备和贮氢性能。     

球磨时间对镁碳复合储氢材料结构和性能的影响

采用氢气气氛中高能球磨反应法,制备了40Mg60C镁碳复合储氢材料,研究了球磨时间对材料粒度、晶体结构和放氢性能的影响.结果表明,球磨2h材料的粒度即可达纳米级,约10～20nm,球磨时间再延长,材料团聚程度加重;球磨2h的材料为纳米晶和非晶结构,当球磨时间增加到4h时,材料几乎成为非晶结构;球磨时间4h时,材料储氢量已趋于饱和,最大放氢量为3.15%(质量分数);材料放氢温度随球磨时间的增加而降低,球磨5h材料的初始放氢温度和放氢峰温降为275.18和314.94℃.     

Recent advances and remaining challenges of nanostructured materials for hydrogen storage applications

The rapid and extensive development of advanced nanostructures and nanotechnologies has driven a correspondingly rapid growth of research that presents enormous potential for fulfilling the practical requirements of solid state hydrogen storage applications. This article reviews the most recent progress in the development of nanostructured materials for hydrogen storage technology, demonstrating that nanostructures provide a pronounced benefit to applications involving molecular hydrogen storage, chemical hydrogen storage, and as supports for the nanoconfinement of various hydrides. To further optimize hydrogen storage performance, we emphasize the desirability of exploring and developing nanoporous materials with ultrahigh surface areas and the advantageous incorporation of metals and functionalities, nanostructured hydrides with excellent mechanic stabilities and rigid main construction, and nanostructured supports comprised of lightweight components and enhanced hydride loading capacities. In addition to highlighting the conspicuous advantages of nanostructured materials in the field of hydrogen storage, we also discuss the remaining challenges and the directions of emerging research for these materials.