RE-Mg-Ni系储氢合金高倍率放电性能研究现状

RE-Mg-Ni系储氢合金具有超晶格结构,其主相晶格单元是由一定比率的AB5单元和AB2单元沿c轴交替层叠排列而成。该类型合金自问世以来便以其高容量、易活化的优势受到人们的广泛关注,然而其循环稳定性及高倍率放电性能不尽人意。人们通过大量研究有效提高了其循环稳定性,使其基本满足了商业化要求。但是要将基于该负极材料的镍氢电池应用在混合动力汽车上,仍需改进其高倍率放电性能。系统分析了元素替代、多元合金化、制备工艺、化合物复合、表面处理等手段对RE-Mg-Ni系储氢合金晶体结构及高倍率放电性能的影响。其中元素替代是一种重要且有效的手段,文中分析了不同稀土元素及B侧元素的作用机制,结果表明,B侧组分采用Ni,Co,Mn,Al的储氢合金具有较好的性能。多元合金化是一种复杂的过程,不同元素间可能存在一定的协同作用,研究其作用机制也是下一步的工作重点。通过优化实验方案,综合使用多种改性手段,可以得到高倍率放电性能良好的RE-Mg-Ni系储氢合金,使其基本满足电动工具用镍氢电池的要求,并可望在以后的研究中进一步提高其高倍率放电性能,使其满足混合动力汽车用镍氢电池的要求,实现良好的经济和社会效益。     

RE-Mg-Ni系储氢电极合金的研究进展

总结了近年来对RE-Mg-Ni系超点阵合金晶体结构、储氢性能、热处理改性以及失效机制等方面的研究进展。作为继AB5型合金之后的新一代镍氢电池负极材料,该系合金在电化学容量和高倍放电能力(HRD)等方面具有更大的潜力。通过合理的元素替代和热处理能够显著改善RE-Mg-Ni合金的储氢性能,但在高容量和大倍率放电能力的前提下保证合金具有优良的循环稳定性仍是该系合金开发的关键。RE-Mg-Ni体系中存在多种化合物相,随成分和制备工艺的不同,RE-Mg-Ni合金呈现复杂的多相组织。合理调控组织结构是改善合金放电性能和循环稳定性的重要途径。提高RE-Mg-Ni合金循环稳定性的关键在于抑制合金充放电过程中的粉化、腐蚀以及吸放氢循环过程中的氢致非晶化。     

F的掺杂对Mg(BH_4)_2·2NH_3放氢性能的影响

为改善新型高容量储氢材料Mg(BH4)2·2NH3的放氢性能,使用XRD、FTIR、TPD和Sieverts测试仪研究了KBF4的添加对Mg(BH4)2·2NH3放氢性能的影响。研究结果表明:KBF4与Mg(BH4)2·2NH3在球磨过程中可以发生相互作用,导致F部分替代[BH4]-中的H。F的掺杂显著降低了Mg(BH4)2·2NH3的放氢温度,其中10%(摩尔分数)F掺杂的Mg(BH4)2·2NH3的起始放氢温度为50℃,较原始Mg(BH4)2·2NH3降低了100℃,当加热至350℃,主要放氢反应结束,放氢量可达10%(质量分数);同时,F的掺杂还显著提高了Mg(BH4)2·2NH3的放氢动力学性能。     

“稀土储氢材料研发中心”在江钨浩运揭牌运行

11月2日，“稀土储氢材料研发中心”在江钨浩运科技有限公司正式揭牌运行，这标志着江钨控股集团公司在科技创新体系建设方面又迈出了新的坚实步伐。     

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。     

原位生成钛氢化物改善镁基合金的储氢性能

采用机械球磨制备了Mg0.9In0.05Al0.05三元固溶体合金,再添加质量分数10%Ti Cl3球磨合成了一种Mg0.9In0.05Al0.05-Ti Cl3纳米复合物。利用X射线衍射(XRD)分析了复合物的相组成、相结构及吸放氢过程的相转变,揭示了复合物吸放氢反应机制。用Sievert方法测定了复合物吸放氢动力学和PCI曲线。结果表明原位生成的钛氢化物对Mg0.9In0.05Al0.05合金的吸放氢具有良好的催化活性,合金的脱氢激活能降为48 k J/mol,动力学性能显著提高。     

上海世博会氢燃料电池汽车加氢站设计

结合工程实例,阐述了氢燃料电池汽车加氢站的系统配置、工艺流程、主要设备。     

LaMg_2Ni_(2.7)Co_(2.1)Mn_(2.7)Cu_(1.5)滴涂TiO_2复合电极的制备及电化学性能

采用共沉淀还原扩散法制备AB3型储氢合金LaMg_2Ni_(2.7)Co_(2.1)Mn_(2.7)Cu_(1.5),水热法制备TiO_2光催化剂粉体,表面滴涂法制备Ti O2/LaMg_2Ni_(2.7)Co_(2.1)Mn_(2.7)Cu_(1.5)光催化剂复合电极,并用XRD对合金和光催化剂结构进行分析,在电池测试仪上对复合电极在有、无光照条件下的电化学性能进行测试。结果表明,在无光照条件下复合电极的活化性能和最大放电容量较原合金电极性能有所下降,合金充放电的循环稳定性能有所提高。光照条件下,表面滴涂20%TiO_2复合电极的电化学性能比无光照时大幅提高,且最大放电容量比未涂覆的原合金电极提高25 m Ah·g~(-1)。说明TiO_2光催化剂通过表面滴涂方式对储氢合金修饰效果较好。     

热处理温度对LaNi3.8Al1Mn0.2合金储氢性能的影响

对热处理(1173K, 1223K, 1273K, 1323K)前后LaNi3.8Al1.0Mn0.2合金的研究表明,热处理前后合金均由一个主相,三种第二相组成。热处理后第二相后变小,分布更加弥散,第二相中LaNi2变为LaNi相,晶胞参数和晶胞体积增加,活化性能变差,但吸放氢平台压降低,吸放氢平台的斜率和滞后变小,合金的吸氢速度显著变快,吸放氢焓变和吉布斯自由能的绝对值增大,而吸氢量未见明显变化。随着热处理温度的升高,晶胞参数和晶胞体积先增大后减小,吸放氢平台压先降低后升高,斜率先增大后减小,滞后先减小后增大,而焓变和自由能的绝对值先增加后减小,在1223K分别达到最大和最小值,而热处理温度的升高使活化性能和动力学性能略有提升。     

光伏-PEM储氢系统建模与仿真

光伏发电存在间歇性的缺点,需要一个可持续的储能系统来满足需求。介绍光伏-PEM（质子交换膜）储氢系统,将电能转化为氢气储存,后期再通过PEM 燃料电池将氢气转化为电能。该系统包含光伏发电系统、PEM制氢电解槽以及燃料电池等,通过电解水产生氢气,氢气在高压下储存在压缩储罐中以备后用,后期系统有需要时,氢气将通过PEM燃料电池重新转化为电能。光伏发电系统的输出电流由PI控制器控制,以稳定电解槽的输入电流。对于光伏-PEM储氢系统,主要问题是对天气条件的依赖。通过系统建模来模拟光伏-PEM储氢系统的运行过程,评估与太阳能光伏输出电流相关的光照强度对氢气生产、氢气储存以及后期氢气再电气化的影响,为后续有助于缓解与太阳能、风力发电和其他间歇性发电相关的储能问题奠定基础。