ZrTi-V-Mn-Ni系贮氢合金的相结构与电化学性能研究*

优化合金组成,设计六种锆基AB2型贮氢合金材料。XRD分析表明,当0≤x≤0.5时,Zr1-xTix(NiCoMnV)2.1贮氢合金的主相都是Laves C15,但随Ti含量的增加,Laves C14相含量增多;当用V-Fe(85.6%)合金代替Zr0.6Ti0.4(NiCoMn-VFeCr)1.7中的V时,贮氢合金中Laves C14相的含量几乎可与Laves C15相当。电化学测试表明：Zr0.9Ti0.1(NiCoMnV)2.1贮氢电极的放电容量可达340mAh/g左右,但是随着Ti含量的逐渐增加,合金电极的放电容量降低很快。以适量的（V－Fe)合金取代Zr0.6Ti0.4(NiCoMnVFeCr)1.7合金中的V和Fe,发现合金电极的第一次放电容量就能达到200mAh/g左右,并且其容量稍高于含纯V的合金电极,容量可达315mAh/g左右。     

新型稀土镁基储氢电极合金的电化学性能研究

本文系统研究分析了La0.7-xPrxMg0.3Ni2.45Co0.75Mn0.1Al0.2（x=0．00—0．25）贮氢电极合金的电化学性能。电化学研究发现，随着x值的增大，合金电极的最大放电容量逐渐减小，但是合金的循环稳定性会有一定的提高。高倍率放电性能研究结果显示，随着X值的增大，合金电极的高倍率性能先提高后降。同时，电化学阻抗谱、交换电流密度Ⅰ0、极限电流密度ⅠL以及氢在合金中的扩散系数D的研究也表明，随着x值的增加，合金电极的电化学反应动力学性能首先增加，达到一个最大值后，其动力学性能又会随着x值的增大而有所下降。     

La2-xMgxNi7.0(x=0.4,0.5,0.6,0.7,0.8)贮氢合金结构和电化学性能的研究

用高频感应熔炼的方法制备了La2-xMgxNi7.0(x=0.4,0.5,0.6,0.7,0.8)贮氢电极合金,采用x-ray衍射和XRD粉末衍射全谱拟合分析方法及电化学方法系统研究了随Mg含量的增加,该类合金相结构和电化学性能的变化规律,以及合金在不同退火温度(1123K,1203K,1253K)和不同退火时间(24h,72h,144h)下相结构和微观组织及电化学性能的变化规律.实验结果表明,该类合金由(La,Mg)2Ni7相(Ce2Ni7型结构)、LaNi5(CaCu5型结构)相、(La,Mg)Ni3相(PuNi3型结构)及少量未知相组成.随Mg含量的增加,电极电化学放电容量呈先升高后降低趋势,当x=0.6时达到最大值389.87mAh/g;当Mg含量进一步增加时,电化学放电容量迅速降低,x=0.8时电化学放电容量为188.34mAh/g;随Mg含量的增加,合金组织中(La,Mg)Ni3相和LaNi5相增多.退火处理很大程度上消除了LaNi5相,高温退火有利于(La,Mg)2Ni7相的生成,低温退火有利于(La,Mg)Ni3相生成.退火时间的延长对合金相结构影响不明显,但提高了合金组织均匀性,同时使电化学放电容量降低.不同的退火温度和退火时间对未知相影响不明显.本文研究表明,退火温度对(La,Mg)2Ni7合金相结构有重要影响,Mg含量是影响合金相结构和电化学放电容量的关键.     

稀土镁基AB3型贮氢电极合金的研究进展

综述了稀土镁基AB3型贮氢电极合金的研究进展.分别从合金结构、热力学、成分及制备方法等方面进行总结,认识到循环稳定性差是AB3型贮氢电极合金目前存在的最主要问题,并就如何改善合金循环稳定性的问题进行了讨论.稀土镁基AB3型贮氢合金的贮氢量高于传统的稀土基AB5型贮氢合金,有望成为新一代的贮氢电极合金材料.     

Mm合金化对Zr基贮氢合金电极性能的影响作用

本文研究探讨Ｍｍ合金化对难活化的ＡＢ２型Ｚｒ－Ｍｎ－Ｎｉ系贮氢合金的晶体结构,电化学容量及贮氢电极活化等特性的影响作用。Ｍｍ合金化加入可从根本上改善Ｚｒ系贮氢合金电极的活化性能。这与Ｍｍ合金化对贮氢电极合颗粒表面化学改性作用以及合金颗粒体内微结构改变等因素有关,ＸＲＤ分析表明Ｍｍ合金化后同氢后金晶体结构仍为Ｃ１５相,且其中的Ｃ１４型Ｌａｖｅｓ相含量明显增加,同时,也发现Ｍｍ合金化恶化了贮氢合金电化     

贮氢合金电极材料的新进展

介绍了AB_5型、AB/A_2B型、AB_2型、非晶态和薄膜型贮氢合金作金属氢化物电极的性能和应用。     

高性能贮氢电极合金的研究进展

报道了高性能贮氢电极合金的研究进展,主要内容包括AB5型贮氢合金的A侧稀土元素组成、主要杂质元素(Fe,Si,Mg）以及合金制备技术（真空退火处理和快速凝固）对合金的相结构和电化学性能的影响。AB2型Zr基Laves相合金的相结构和相组成与电化学性能的关系,以及若干新型多元Zr基贮氢电极合金的性能。     

贮氢合金的结构与实用性

介绍了已开发的典型吸氢合金,叙述了利用合金制品的开发实例。     

V基贮氢合金的研究进展

介绍了近几年V基贮氢合金的研究进展，总结出V基合金具有如下特点：室温有效吸氢量可达2.4wt％以上，吸放氢循环性能优良，室温平台压力可达几个大气压，放氢效率不高，成本较高，但有可能通过利用廉价钒铁原料制备合金的方式降低成本。同时，提出了后续研发重点。     

快淬对AB2型贮氢合金电化学性能与微观结构的影响

为了改善AB2型Laves相贮氢合金的电化学性能,对AB2型Ti基及Ti-Zr基贮氢合金进行快淬处理。用XRD和SEM分析了铸态及快淬态合金的相结构,并观察了合金的微观组织形貌。研究了快淬工艺参数对AB2型Laves相贮氢合金的电化学性能及微观结构的影响。研究的结果表明快淬对AB2型Laves相贮氢合金电化学性能的影响与合金的成分密切相关。对Ti基合金,随淬速的增加,合金的容量显著提高,在一定淬速下出现极大值。快淬对合金的活化性能基本没有影响,合金的循环稳定性有所改善但不显著;对Ti-Zr基合金,随淬速增加,合金的循环稳定性得到大幅度提高,而合金的容量及活化性能明显降低。快淬使AB2型贮氢合金电化学性能发生变化的根本原因是合金的微观结构发生了变化。     

La2Mg4-xCaxNi13贮氢合金的相结构与电化学性能

以La2Mg4-xCaxNi13合金为基础，研究了Ca部分替代Mg对合金相结构和电化学性能的影响。XRD和Rietveld分析表明，随ca替代量的增加，合金中MgNi2相含量逐渐减少，（La，Ca，Mg）Ni3相含量则先增加后减少；同时，ca的添加改变了La2Mg4-xCaxNi13合金中主相的晶格常数。电化学测试表明，ca部分替代Mg能够大幅提高合金电极的放电容量，其中La2Mg4-xCaxNi13合金具有最大的放电容量350．5mAh／g。     

镁基储氢复合材料的研究进展

综述了镁基储氢复合材料开发和研究的最新进展，重点介绍了稀土／镁基储氢复合材料和镍／镁基储氢复合材料的主要种类、吸放氢性能和相关的制备工艺，简要分析了钛、铁、钒、锆／镁基储氢材料的研究现状和存在的问题，讨论了镁基储氢复合材料在储氢电极材料方面的应用前景。     

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。     

Ti系合金的室温吸氢平衡压力

观测了具有α相结构的纯Ti、TiZrYAl合金，α β双相结构的TiMo、TiMoSc合金以及近β相结构的TiMoYAlFe和TiMoVYAlFe合金的吸氢PCT曲线和室温平衡压，在室温下各样品的吸氢平衡压约为10^-9～10^-16Pa；α单相合金和α β双相合金的吸氢平衡压略高于纯Ti，但其P—C等温线的斜度增大，吸氢平台长度略有缩短，近β结构合金的室温吸氢平衡压显著高于纯Ti及其它两类合金，增加Al的含量使α相TiZrYAl合金的吸氢平台长度显著缩短，但对平衡压力的影响不大。     

磁控溅射Ti合金薄膜结构特征及贮氢性能

采用磁控溅射方法制备了Ti膜及TiMo、TiMoYAl和TiZrYAl等三种合金膜.合金膜中Mo、Zr和Al三种元素成份与靶材成分基本一致,而Y元素则与靶材成分有较大的偏差.在400℃吸氢工艺下,四种膜材的吸氢动力学性能良好,没有脱膜现象,饱和吸氢量均可超过1.5(H/M).膜材的吸氢PCT曲线表明,含Mo合金膜材具有最高的吸氢平衡压,外推出的室温下的数量级约为10-4Pa.     

Ti10V83-xFe6ZrMnx(x=0～6)合金的微观结构和储氢性能

采用磁悬浮感应熔炼方法制备了Ti_(10)V_(83-x)Fe_6ZrMn_x(x=0、2、4、6)储氢合金,系统研究了Mn含量对合金微观结构和储氢特性的影响.XRD及SEM分析表明,无Mn合金(x=0)具有体心立方(bcc)结构的Ti-V基固溶体单相结构,而含Mn合金(x=2～6)均由bcc主相和C14型Laves第二相组成;随着Mn含量的增加,合金bcc主相的晶格常数和晶胞体积逐渐减小.储氢性能测试表明:该系列合金的吸氢动力学性能较好,在室温和4MPa初始氢压条件下,含Mn合金无需氢化孕育期就能快速吸氢;随着Mn含量的增加,合金的P-C-T放氢平台倾斜度逐渐减小,333K放氢平台压力先增后减,并在x=4达到最高;但合金的室温吸氢容量和333K有效放氢容量随Mn含量的增加而逐渐降低.     

球磨CeMg12+100%Ni合金热力学及电化学贮氢性能

用球磨工艺制备CeMg12+100%Ni电极合金,研究了球磨工艺对合金结构及电化学性能的影响。结果表明球磨CeMg12+100%Ni合金具有非晶纳米晶结构,由Mg2Ni相以及Ni相组成,其含量随球磨时间的延长而增加,这在一定程度上改善了合金的电化学放电性能。球磨非晶纳米晶具有较好的结构稳定性,在吸氢后形成的氢化物相仍保持非晶纳米晶尺度,这有利于降低氢化物的热稳定性,改善电化学放电性能。     

合金化与Ti基储氢合金容量及活化性能关联

针对Ti-Zr基多元多相储氢电极合金,实验研究了Ni、Cr、V替代Mn对Ti基AB2型储氢合金容量和活化性能的影响.研究表明:在合金中增加Ni含量能够提高放电容量,但Ti-Ni相的过剩会降低合金容量;Ni的高活性和导电性加速氢扩散和电荷转移,改善合金活化性能;随Cr含量增加,合金容量先增后减,而活化性能先恶化后改善;V取代Mn提高合金容量,但当V超过一定计量后,将导致合金容量降低;V的高导电性改善合金电极的活化性能.     

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。     

Al替代Ni对La_2MgNi_(7.5-x)Co_(1.5)Al_x贮氢合金相结构及电化学性能的影响

采用X射线衍射、电子探针和电化学测试研究了La2MgNi7.5-xCo1.5Alx(x=0.0~0.5)合金的相结构和电化学性能。XRD结果和EPMA观察表明,Al替代改变了合金的物相组成和物相的丰度。LaNi3相消失,αLa2Ni7相丰度的变化表现为先增加(x从0.0~0.1)后减少(x=0.3和0.5),LaNi5相随合金中Al含量x的增加而明显增加。Al替代Ni降低了合金的最大电化学放电容量和活化性能,但明显改善了La2MgNi7.5Co1.5合金的电化学循环稳定性。