Mg_(22)Y_2Ni_(10)Cu_2储氢合金活化和吸氢性能

在0.04 MPa氦气保护下,采用中频感应熔炼炉冶炼了,以少量Y和Cu分别替代部分Mg和Ni的Mg_2Ni型储氢合金,并对合金的结构形貌、相组成、气态吸氢活化与性能进行了系统的研究。研究结果表明:铸态Mg_(22)Y_2Ni_(10)Cu_2合金具有典型的片层状共晶组织特征,其组成相为Mg_2Ni,YMgNi_4和少量的Mg相;合金在3 MPa,300℃下5次吸放氢完全活化,Mg和Mg_2Ni相能够可逆吸放氢,但在首次活化过程中,Mg_2Ni相只有部分转变为Mg_2NiH_4,而Mg相则能够完全转变为MgH_2;同时发现YMgNi_4相虽多次吸放氢循环后,都未发现有非晶化现象发生,表明该相与REMgNi_4(RE=La,Nd)等其他拉弗斯相相比,具有更高的结构稳定性;合金的吸氢动力学曲线用Avrami-Erofofeev法拟合后表明合金吸氢是一维形核和长大过程;测试了合金的平衡压力-浓度等温(PCT)曲线,计算合金的热力学参数为Mg相的氢化焓变(ΔH)和熵变(ΔS)分别为-78.1 kJ·mol~(-1),-133.9J·K~(-1)·mol~(-1),而Mg_2Ni相的氢化ΔH和ΔS则分别为-51.8 kJ·mol~(-1),-103.0J·K~(-1)·mol~(-1),合金的热力学性能明显改善,表明添加Y和Cu对Mg_2Ni型合金的吸氢性能具有一定的催化作用。     

铸态La_(2-x)Sm_xMg_(16) Ni(x=0-0.4)合金的气态储氢性能

采用真空感应熔炼技术制备了La_(2-x)Sm_xMg_(16)Ni(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)储氢合金。用X射线衍射(XRD)研究了合金吸放氢前后的相结构,用Sievert测试了合金吸放氢动力学曲线,采用Arrhenius法估算了合金吸放氢的活化能。结果表明,铸态合金的主相是La_2Mg_(17),并存在少量的第二相SmNi和Sm_5Mg_(41)。合金吸氢后形成了氢化物LaH_3和MgH_2。合金的吸氢量、吸放氢动力学随Sm替代量的增加而增加,当Sm替代量从x=0增加到x=0.4时,最大吸氢量从4.458%(质量分数,下同)增加到4.925%。在3 MPa,498 K下,10 min的吸氢量分别为:4.308%,4.342%,4.488%,4.564%,4.787%;在真空、498 K下,20 min的放氢量分别为1.684%,1.521%,1.779%,1.666%,2.131%。Sm替代对合金吸放氢动力学性能的改善主要归因于Sm使合金的活化能降低。随着合金中Sm替代量的增加,合金生成焓ΔH的绝对值及吸氢平台压先减小后增加。制备合金中,La_(1.7_Sm_(0.3)Mg_(16)Ni合金的生成焓ΔH的绝对值最小,为-53.07 k J·mol-1。     

Ti部分替代Zr对ZrNi0.6Co0.4合金储氢特性的影响

ZrNi与ZrCo合金具有高储氢量、抗杂质气体毒化能力较强、吸放氢速率快等优点,用于氚处理材料有广阔的应用前景,但ZrNi与ZrCo在高温高压下容易发生歧化反应这一缺点制约其实际应用。采用Sievert’s体积法测量合金的PCT(压力-容量-温度)曲线以及歧化动力学曲线以研究用Ti替代Zr对ZrNi0.6Co0.4合金储氢特性的影响,并采用X射线衍射物相分析(XRD)对合金在歧化反应前后的物相进行分析。研究表明,用Ti替代Zr后ZrNi0.6Co0.4合金随Ti含量的增大,其吸氢平台压增大。通过Van’t Hoff方程拟合并计算出Ti0.05Zr0.95Ni0.6Co0.4,Ti0.1Zr0.9Ni0.6Co0.4和Ti0.2Zr0.8Ni0.6Co0.4室温下的吸氢平台压分别为0.0146,0.0244和0.2960 Pa。TixZr1-xNi0.6Co0.4合金随Ti含量的增大,合金在773 K下发生歧化反应变得缓慢。合金吸氢平台压提高后,合金要发生歧化反应需要更高的温度作为驱动力,因此合金抗歧化性能随Ti含量的增大得到提高。     

退火温度对(La,Y)-Mg-Ni-Al合金气态吸放氢性能影响

为了探究La0.62Y0.2Mg0.18Ni3.30Al0.20合金具有良好气态吸放氢性能的适宜退火温度,采用XRD、OM分析了铸态及退火合金的相结构及金相组织,用SEM观察了吸放氢前后合金颗粒的表面形貌,用压力-组成-温度(PCT)仪测试了合金的PCT特性以及吸放氢动力学性能。结果表明,900℃退火合金含有LaNi5和(La,Y,Mg)2(Ni,Al)7主相以及Ni3Y残余相。随着退火温度升高,主相不变,但Ni3Y转变成Y2Ni7相;主相晶胞体积先增大后减小,在41~43°衍射角度内,半高宽先减小后增大。与铸态及其他温度退火合金相比,950℃退火合金的组织均匀性较好,吸放氢量、平均吸放氢速率较高,吸放氢的氢压和滞后系数较小。综合比较,实验范围内,合金的适宜退火温度为950℃。     

钪基Laves相合金Sc_(0.8)Zr_(0.1)Y_(0.1)Mn_(2-x)Ni_x(x=0～2.0)的微观结构和储氢性能

用真空电弧熔炼制备AB2型Sc0.8Zr0.1Y0.1Mn2-xNix(x=0~2.0)储氢合金,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜/能谱分析(SEM/EDS)研究了吸氢前后Ni元素替代Mn对Sc Mn2基合金微观结构的影响,用Sievert装置和热重-差热分析仪(TG/DSC)测试了合金的压力-组成-温度(P-C-T)曲线和吸放氢动力学。研究结果表明,合金铸态组织主要由Laves主相和少量Sc Ni及富Y的第二相组成,其中稀土Sc和Y元素易与Ni形成相应的金属间化合物相。随Ni含量x的增加,合金基体的Laves相组织结构由C14型向C15型转变,x=0时,合金组织基本为C14型Laves相单相组织,x=2.0时,合金组织则完全转变为C15型Laves相单相组织。Ni元素替代Mn对合金的气态吸放氢动力学行为和吸氢P-CT曲线影响较大。随Ni含量的增加,合金吸氢动力学与活化性能逐渐变慢,但其放氢温度明显降低,氢化物生成焓减小(-35.05~-18.72k J·mol-1),储氢平台压升高,储氢容量降低;室温时合金最大储氢量达2.18%(质量分数),储氢后其晶格膨胀率ΔV/V为10.63%~27.32%,吸氢前后合金主相仍保持C14型或C15型相结构,并未发生新的氢致相变,亦无氢致非晶化现象。     

急冷对Ti_(0.32)Cr_(0.345)V_(0.25)Fe_(0.03)Mn_(0.055)合金储氢性能的影响

为了研究急冷对储氢合金残余氢量的影响,利用真空电弧熔炼炉和铜模喷铸制备了Ti_(0.32)Cr_(0.345)V_(0.25)Fe_(0.03)Mn_(0.055)合金,采用XRD、PCT(压力-容量-温度)、TG/DTA等手段分析了急冷对储氢合金吸放氢性能的影响。结果表明,铸态合金和急冷合金均由BCC固溶体主相和Laves第二相组成;急冷对首次吸氢动力学行为影响较大,由铸态时的化学反应控制变为急冷时的新相晶核形成长大控制;急冷后,合金吸放氢平台压得到提高,且吸氢起始点左移,但吸放氢滞后性增大。TG/DTA曲线表明,急冷并没有改变合金的残余氢量,但氢化物放氢温度升高。     

成型压力对Mg-Ni-La/Ce合金吸放氢动力学的影响

为提高镁基储氢合金的体积储氢密度和增加材料导热性能，需要对合金粉末进行压片处理。制备了不同成型压力下直径为10 mm的片状Mg₈₇Ni₁₀La₃和Mg₈₇Ni₁₀Ce₃合金，研究成型压力对合金体积储氢密度、膨胀特性和吸放氢反应动力学性能的影响。结果表明，在760～1900 MPa下，合金片的表观密度达到粉末的两倍左右；考虑吸放氢循环过程中的体积膨胀，第4次吸氢过程中两种合金的储氢体积密度仍然高于70 g·L^-1,1520 MPa的成型压力下Mg₈₇Ni₁₀Ce₃合金片具有最大体积储氢密度为86.3 g·L^-1。两种合金在4次循环吸放氢后的轴向和径向膨胀为10%左右，体积膨胀约为35%，合金颗粒的粉化是造成膨胀的主要原因。与粉末状材料相比，合金片的首次活化比较困难，吸放氢动力学性能有部分下降；随着吸放氢循环次数的增加，压片成型对合金吸放氢动力学的影响...     

稀土镁镍系合金的循环贮氢性能与粉化特性研究

为了研究稀土镁镍系合金的循环贮氢性能与粉化特性,本文以La0.75Mg0.25Ni3.41Co0.2Al0.03Ti0.06合金为研究对象.压力-组成-温度(PCT)曲线与扫描电镜(SEM)分析结果表明,随循环次数增加,合金电极的吸/放氢量、吸/放氢平台压减小;合金氢化物的放氢效率降低.合金的循环前期容量衰减速率比后期...     

热处理工艺对La0.85Ce0.15(NiMnAl)5.30贮氢合金相结构及电化学性能影响

本文研究了无钴La_0.85Ce_0.15(NiMnAl)_5.30贮氢合金在不同热处理工艺下相结构及电化学性能变化规律。衍射分析表明退火参数优化后的合金仍为CaCu5单相,温度升高后结晶度增加但活化性能变差;PCT测试结果显示920℃退火时吸氢量达到0.8902;温度升高后吸氢量呈现降低趋势,放氢压力也明显增加;经过980℃热处理8h后晶体结构改善明显,其吸放氢前后膨胀体积变化最小,抗粉化能力强。无钴合金熔点降低、温度升高后利于体相中元素扩散;活化性能降低的同时合金最大放电容量也有所降低。980℃制备合金电化学性能最优,同时具备较好的贮氢性能。     

Ti/Cr比对(VFe)50Ti26-xCr24+x(0≤x≤2.0)储氢合金吸放氢性能的影响

为研究不同Ti/Cr比对(VFe)50Ti26-xCr24+x(0≤x≤2.0)储氢合金吸放氢性能的影响规律,采用FeV80中间合金制备了低成本储氢合金并系统研究了储氢合金的吸放氢性能及组织结构.PCT及XRD实验结果表明:随着Ti/r比的降低(x的增加),合金的吸放氢量均呈现减小的趋势,放氢平台压则不断增大,所有的合金均由主相BCC及稀土氧化物CeO2相组成,主相BCC的晶格常数随着Ti/Cr比的降低而减小.     

AB_5型稀土储氢合金的抗粉化性能研究

通过对LaNi_5和MmNi_(3.55)Co_(0.75)Mn_(0.4)Al_(0.3)合金进行吸放氢循环试验和SEM测试,得出了后者抗粉化性能优于前者。利用XRD和单峰线性拟合计算了两种合金吸氢前后的晶格微应变、a/c比、Δc/c及ΔV/V,得出MmNi_(3.55)Co_(0.75)Mn_(0.4)Al_(0.3)合金分别为0.133%、1.250%、5.01%、20.31%,均小于LaNi_5合金的0.471%、1.268%、6.75%、23.72%,验证了合金及氢化物微结构参数对抗粉化性能有着重要影响。通过对比LaNi_4X(Mn,Al,Co)合金及氢化物的微结构参数,发现Δc/c的变化规律与合金SEM测试结论一致,从而得出c轴方向的吸氢膨胀是AB_5型储氢合金粉化的关键原因。     

退火时间对LaMgNi_(3.9)Mn_(0.2)合金的结构与气态吸放氢性能的影响

为了研究退火时间对LaMgNi_(3.9)Mn_(0.2)合金的结构和气态吸放氢性能的影响,采用XRD和SEM手段测试了合金的物相和微观结构,半自动Siever′s法测试了合金的吸放氢动力学曲线。实验结果表明,随着退火时间增加,合金中LaMg(NiMn)_4主相含量降低,(La,Mg)(NiMn)_5相含量增加。铸态及退火合金表面均由不同尺寸的柱状晶组成,具有明显的组织遗传效应;随着退火时间增加,合金柱状晶区域中La、Mg、Ni的含量差值都降低,元素分布更均匀,15 h与20 h退火合金的柱状晶晶间区域中Mn元素消失。铸态和退火合金第一次吸氢后达到相应的最大吸氢量,故退火时间对合金的活化性能无影响,但对合金的最大吸氢量、饱和吸放氢量具有明显影响。随着退火时间增加,合金的最大吸氢量、饱和吸放氢量降低,但合金的吸放氢饱和率先增加后降低,15 h退火合金的吸放氢饱和率相对较高。     

ZrFe_(1.95-x)Mn_xV_(0.10)(x=0,0.05,0.10,0.15)合金的储氢性能研究

利用磁悬浮感应熔炼法制备了ZrFe1.95-xMnxV0.10(x=0,0.05,0.10,0.15)高坪台压储氢合金。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和Sievert's体积法研究了Mn部分取代Fe对ZrFe1.95V0.10合金的相结构、吸/放氢PCT性能及吸氢动力学性能的影响。XRD结果表明,当x≤0.10时合金均为C15型立方Laves单相结构,且随着Mn含量的增加,晶格常数逐渐增大;当x=0.15时合金中出现C14型六方Laves第二相,晶格常数略有降低;随着Mn取代量的增加,合金的活化性能改善,滞后系数降低,但坪台斜率增大,放氢坪台压由2.27MPa降至1.12 MPa(243 K下),储氢容量先增后减,在243 K下ZrFe1.85Mn0.10V0.10合金具有最大的储氢容量1.69%(n(H)/n(M)=1.13)及最快的吸氢速率t0.9为46 s。     

还原氧化石墨烯负载次氯酸镧纳米复合物催化增强Mg-Al合金储氢性能

在氩气保护下采用热处理并结合机械合金化制备Mg-Al合金,同时以氧化石墨烯(GO)、LaCl_3以及NaOH作为原材料,通过化学还原法制备还原氧化石墨烯负载次氯酸镧(LaClO@rGO)纳米复合物,并通过扫描电镜(SEM)、压力-成分-温度(PCT)、差示扫描量热仪(DSC)等手段表征LaClO@rGO纳米复合物的添加对Mg-Al合金储氢性能的影响。研究表明Mg-Al合金主要由Mg_(17)Al_(12)和Mg组成,Mg-Al合金的初始吸/放氢温度分别为150. 3和277. 4℃,添加LaClO@rGO复合材料后,合金的初始吸/放氢温度下降到97. 0和206. 8℃,比纯Mg-Al合金初始吸放氢温度分别下降了53. 3和70. 6℃,且Mg-Al-LaClO@rGO复合材料在250℃即可实现可逆吸放氢。此外,在LaClO@rGO纳米材料的催化作用下,在温度为150℃时,Mg-Al-LaClO@rGO吸氢速率相当于Mg-Al合金吸氢速率的6. 37倍;在温度为275℃时,Mg-Al-LaClO@rGO复合材料的脱氢速率相当于Mg-Al合金脱氢速率的3. 0倍。显然,LaClO@rGO纳米复合材料的添加,不仅能提高Mg-Al合金的可逆储氢性能,还能提高Mg-Al合金的吸放氢动力学性能。     

硼的添加对Mg2Ni储氢合金吸放氢性能的影响

镁系储氢合金有着价格低廉、储氢量大等优点,作为机载储氢材料有着广泛的应用前景,但其过高的氢分解温度,过慢的分解速度等缺点制约着实际应用.采用机械球磨制备出Mg2 Ni-xB(x =0％,1％,5％,10％,15％)系列储氢合金.通过XRD分析了合金的物相结构,采用P-C-T测试仪测定了合金的吸放氢性能,研究了添加不同含量的B对Mg2Ni合金吸放氢性能的影响.研究结果表明,B的添加对合金在200和300℃下吸放氢性能的改善作用不明显,但添加B的合金在400℃下的吸氢量均较Mg2Ni高,B的添加量由1％增至15％的合金吸氢量分别为3.09％,3.00％,2.81％,2.84％,而Mg2Ni的吸氢量则只有2.60％.随着B含量的增加,含B合金吸氢量略有降低;在含B的试样中,含5％B的合金吸氢速率最大,仅需180 s便能完成吸氢.所有含B合金的放氢平台均较Mg2Ni高且较为平坦.本次实验表明,B的添加量对合金性能的提升存在一个最优值,本次实验结果显示,添加5％B相对较好地改善合金的储氢性能,提高合金吸氢量和放氢平台压的同时能保持较快的吸氢速率.     

Ti-Mn基高容量固态低压储氢合金研究

为了推动氢储能系统的实用化，需要开展用于规模储氢用途的储氢合金的配方研究。以Ti_0.95Zr_0.05Mn₂合金作为研究对象，开发储氢量高、平台压力合适且容易活化AB₂型储氢合金，系统研究加入V-Fe，调整Mn含量，以及用纯金属V与Fe替代V-Fe等方法对调整储氢合金性能的作用。研究发现加入V-Fe会使得储氢合金晶格参数增大，提高储氢合金的活化性能，但过多V-Fe会大幅度降低合金吸/放氢平台压与储氢量；提高Mn含量会导致吸/放氢平台与上升，储氢量先增后减，在A侧元素稍微过量时(B/A=1.96(摩尔比))有利于获得综合性能较好的合金；用纯金属V与Fe替代V-Fe能进一步提高储氢合金性能，随着Fe/V比例增加，合金储氢量下降，吸/放氢平台压上升，平台斜率下降。最终优化出综合性能良好的Ti_0.95Zr_0.05Mn_1.46 V_0.39Fe_0.13，该合金能在80℃下活化，在20℃吸放氢平台分别为1....     

V-Ti-Cr-Fe合金吸放氢性能的研究

通过均匀设计法对Ti/(Cr Fe)比的优化控制以及对CdFe比的调整，研究了V-Ti-Cr-Fe系四元贮氢合金。结果表明：Ti/(Cr Fe)比对合金的吸放氢性能产生重要影响。Ti/(Cr Fe)比为1时，Cr/Fe比越偏离2．5，合金有效吸氢量越小，放氢平台压随Fe含量增多而升高。Ti/(Cr Fe)比为1，Cr／Fe比为2．5的V30Ti35Cr25Fe10合金拥有最理想的吸放氢性能。     

V-Ni二元合金的吸放氢性能

研究了V100-xNix（x=0～12％（原子分数））二元合金的活化性能、吸氢动力学性能、放氢PCT性能及吸放氢过程相结构的变化。Ni的添加提高了钒的活化性能和动力学性能。随着Ni含量的增加，γ相的分解压逐渐升高，稳定性降低。在20℃，3MPa氢压下，当Ni含量高于0．5％（原子分数）时，γ相的含量迅速降低，饱和吸氢量明显减少，当Ni含量超过2％（原子分数）时，γ相消失。增加Ni含量，有利于降低B相的含量，提高B相的分解压。随着Ni含量的增加，合金的晶格常数呈线性趋势降低。     

铁取代部分铬对TiVCrMn合金储氢性能的影响

38Ti-30V-18Mn-14Cr合金具有比较大的吸氧量,但是其放氢平台太低,尤其是有效放氢量太少.Fe有利于合金放氢平台提高,所以本文研究了Fe取代部分Cr对该合金的吸/放氢性能的影响.X射线衍射(XRD)分析表明,随Fe取代Cr的量的增加,合金的相组成经由单一的体心立方(bcc)相逐渐转变为bcc与Laves两相共存,合金bcc相的晶格常数和晶胞体积减小.吸放氢性能曲线表明,Fe取代Cr后合金的最大吸氢量降低,但是合金的放氢平台显著升高,合金的有效放氢量增大.对于38Ti-30V-18Mn-10cr4Fe合金,在298 K吸氢、353 K放氢的条件下,有效放氢量达到最大为1.51%.     

添加剂CeO_2对La_2Mg_(17)-50% Ni储氢性能的影响

研究了球磨添加CeO2对La2Mg17-50%(质量分数,下同)Ni复合合金的相结构和储氢性能的影响,并对合金的形貌和吸放氢性能进行了检测。XRD结果表明,球磨加入CeO2后,在La2Mg17-50%Ni合金中除了Mg2Ni和Ni相外,产生Ce Mg12相。SEM形貌图清晰地看见CeO2附在La2Mg17-50%Ni合金表面上呈白色小颗粒。吸氢动力学性能表明,加入CeO2后,使La2Mg17-50%Ni合金的最大吸氢量从3.298%增加到3.594%。添加CeO2后合金的最佳饱和吸氢温度降为200℃(3 MPa),且吸氢动力学性能提高至1 min内的吸氢量达到3.382%,是其最大吸氢量的94%。然而,CeO2在放氢过程中的积极作用并不明显。