高熵合金储氢性能的研究进展

高熵合金优异的物理、化学及力学性能,使其在航空、航天、海洋、核能、医疗、新能源等重大领域得到了广泛应用。高熵合金在储氢材料中极具发展潜力,但相关研究目前处于起步阶段,对储氢性能的研究也有限。结合储氢技术对高熵合金材料的需要,综述了目前关于高熵合金储氢性能的研究进展,对近年来国内外高熵合金储氢性能的研究成果进行了总结。研究发现,对高熵合金进行合金化处理可以显著提高储氢容量、改善吸/放氢动力学和循环稳定性等。下一步应深入探究高熵合金的吸/放氢机理,对比研究不同高熵合金储氢性能,并应用于实际的储氢系统进行工程实践。研究成果可为相关领域研究人员提供参考。

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MgH_(2)稳定性好且放氢焓值高(75kJ/mol H_(2)),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MgH_(2)体系热力学性能进行调控,以获得具有高容量、高性能的Mg/MgH_(2)储氢体系,满足商业化应用的要求。

贮氢合金表面处理改善吸放氢性能研究

研究表面改性对La系合金贮氢性能的影响,采用化学镀的方法,对LaNi5和LaNi4.7Al0.3合金进行了镀Pd的表面处理实验。在p-C-T测试系统上研究了镀Pd前后,LaNi5和LaNi4.7Al0.3合金的抗CO毒化性能,进行了动力学性能测试、循环次数测试等。实验结果表明,化学镀Pd后的贮氢合金与未镀Pd的合金相比,吸氢性能得到改善,表现为:平台区域相对变平,吸氢孕育期缩短、循环次数增加,抗CO毒化性能提高。

新能源汽车电池用新型镁基储氢合金的组织与性能

采用超声振动辅助感应熔炼法,制备出Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05新型镁基储氢合金,并进行了显微组织、XRD、吸放氢性能和电化学循环稳定性的分析。结果表明,该新型合金具有较佳吸放氢性能和充放电循环稳定性,由Mg2Ni基体相和少量弥散分布的V3Ni相组成,最大吸氢量达到2.3wt%,放氢平台压力约为0.6 MPa。与Mg2Ni合金相比,该新型合金经20次充放电循环后的放电容量衰减率减小了72.3%。

高温退火对V_(30)Ti_(33)Cr_(27)Fe_(10)贮氢合金性能与结构的影响

研究了高温退火处理对V30Ti33Cr27Fe10贮氢合金性能与结构的影响。结果表明高温退火使放氢平台变平,平台压降低,减小了合金吸放氢后的体胀,改变了合金晶粒的形态,改善了合金基体的组织均匀性。随保温时间延长,合金晶粒长大,晶胞体积减小,吸放氢量降低,BCC主相中析出越来越多的富Ti相,富Ti相中Fe含量随保温时间延长而减少。1523K保温30min的合金具有最大的室温吸放氢量,分别为3.67%和2.14%(质量分数);保温3h的合金具有最好的室温吸氢动力学性能,5min内就能达到其饱和吸氢量的80%。

V_3TiNi_(0.56)Al_x贮氢合金充放电性能和吸放氢性能研究

用自蔓延高温合成法制备了钒基贮氢合金V3TiNi0.56Alx(x=0.1、0.3),用EDXRF、XRD等方法分析了合金的组织成分,并对合金进行了充放电性能和吸放氢性能测试。结果表明:随Al含量增加,合金的最大放电容量和吸氢量均减小,但循环稳定性提高;合金的放氢平台均在0.5MPa附近,随Al含量增加,平台宽度变窄、平台倾斜度增加。

成份调整对V-Ti-Cr-Fe合金吸放氢性能的影响

分别调整Ti/Cr比及V含量,对V-Ti-Cr-Fe系四元合金的室温吸放氢性能进行了研究。结果表明:随V30Ti31+xCr29-xFe10合金中Ti/Cr增大,合金吸氢量增大,放氢平台压降低,Ti/Cr>1.2时放氢量减小,298K最大吸氢量3.66%(质量),最大放氢量2.0%(质量);随Vx(TiCrFe)100-x(Ti:Cr:Fe=7:5:2)中V含量增大,合金吸氢量增大,放氢量增大,放氢平台压降低,V含量20%(原子)的合金中出现Laves相,298K最大吸氢量3.73%(质量),最大放氢量2.08%(质量)。

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℃。

Mg/ZrNiV复合储氢材料工艺与性能的研究

采用机械合金化方法合成了4种不同工艺制备的Mg+10%ZrNiV复合储氢材料。研究表明,先球磨制备非晶Zr25Ni37.5V37.5,然后再与Mg粉球磨复合的工艺最好。材料能够获得更多的活性比表面,复合程度最好,表现出较好的低温吸氢性能,室温吸氢1.02wt%,200℃吸氢量达到3.82wt%。利用气相色谱分析放氢过程表明,在200℃时,Mg与ZrNiV的协同吸氢效应最好。

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℃,3 MPa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β相的含量,提高β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。

V-Fe二元合金的吸放氢特性

Fe的添加,提高了金属钒的活化性能和放氢平台压力,降低吸放氢容量。Fe含量<1%(原子分数,下同),对二氢化物并无明显影响,Fe含量>1%,二氢化物平台压明显升高,容量明显下降,氢化物的生成焓明显降低;Fe的添加对一氢化物并无明显的影响。随着Fe含量的增加,合金的晶格常数和晶胞体积呈线性趋势降低。

La-Mg-Ni-Cu系Mg_2Ni型合金气态贮氢动力学

为了改善Mg_2Ni型合金的气态贮氢动力学性能,在合金中添加少量La,并用快淬工艺制备La-Mg-Ni-Cu系Mg_2Ni型(Mg_(24)Ni_(10)Cu_2)_(100-x)La_x(x=0,5,10,15,20)(摩尔分数,x%)合金。采用XRD、SEM及HRTEM分析铸态及快淬态合金的微观结构;采用全自动Sieverts测试仪测试合金的气态吸放氢动力学;采用差热分析仪测试不同加热速率下合金的放氢DSC曲线,并用Kissinger方程计算合金的放氢激活能。建立动力学与La含量及淬速的关系。结果表明:添加La不改变合金的主相Mg_2Ni相,但导致第二相La_2Mg_(17)和LaMg_3相出现,第二相的量随La含量的增加而增加。添加La和快淬有助于合金形成纳米晶-非晶结构,降低放氢激活能,从而改善放氢动力学。当La含量x从0增加到20时,铸态合金的放氢激活能E_k^(de)从73.18 kJ/mol下降到60.41 kJ/mol,而30m/s的快淬态合金的E_k^(de)值从66.16 kJ/mol下降到50.50 kJ/mol。

金属氢化物储氢反应器的热管理研究进展

【目的】金属氢化物储氢反应器是固态储氢技术的核心部件,在金属氢化物进行可逆吸放氢反应过程中会发生大量热交换,从而导致反应器内部温度分布不均匀,影响反应器的储氢性能和使用寿命。因此,对金属氢化物储氢反应器进行有效的热管理,是提高其储氢效率和稳定性的关键技术之一。【方法】为研究国内外金属氢化物储氢反应器的热管理进展,通过文献调研的方式,概述了金属氢化物吸放氢反应原理,根据热量传递过程将储氢反应器的换热过程分为3个阶段:热量在储氢材料中的传递、储氢材料与储氢反应器壁面间的换热、储氢反应器壁面与外界的换热,并对提高不同阶段换热效率的热管理方法进行了分类。【结果】通过对各种热管理方法的换热性能进行分析,分别介绍了使用换热管、翅片、相变材料等不同热管理方法的研究进展,以吸放氢速率作为金属氢化物储氢反应器的重要指标,对比分析了不同热管理方法的优缺点,总结了现阶段仍存在的问题和挑战,并对金属氢化物储氢反应器热管理的未来发展方向进行了展望。【结论】不同的热管理方法有各自的优势和劣势,对不同规模和用途的金属氢化物储氢反应器有针对性地进行热管理方法的选择与优化,有利于设计出高效、紧凑的热管理系统,为固态储氢技术的规模化和工程化应用奠定基础。(图7,表1,参79)

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。

电动汽车用新型钒基电池合金的制备与性能研究

采用不同的球磨转速和球磨时间对V3TiNi0.56Ce0.2电动汽车用新型钒基电池合金试样进行了压力铸造成型试验,并进行了吸放氢性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明:随球磨转速和球磨时间的增加,试样的最大吸氢量先增大后减小,腐蚀电位先正移后负移,吸放氢性能、耐腐蚀性能的变化趋势均为先提升再下降。与300 r/min球磨转速相比,500 r/min球磨转速下试样的最大吸氢量增大了18.72%,腐蚀电位正移了72 mV。与0.5 h球磨时间相比,2 h球磨时间使试样的最大吸氢量增大了25.52%,腐蚀电位正移了80 mV。V3TiNi0.56Ce0.2电动汽车用新型钒基电池合金的球磨转速和球磨时间分别优选为500 r/min和2 h。

钛对镁基电子电气贮氢材料性能的影响

为了研究钛对Mg_2Ni贮氢材料性能的影响,在Mg_2Ni合金中添加不同含量的合金元素钛,并进行了显微组织、吸放氢性能和循环稳定性的测试与分析。结果表明:钛的添加有利于细化晶粒,提高材料的吸放氢性能和循环稳定性。与不添加钛(Mg_2Ni)相比,添加8.233%钛时(Mg_2NiTi_(0.2))的平均晶粒尺寸减小55.63%、最大吸氢量增大47.37%、充放电循环20次后放电容量衰减率减小48.80%、吸氢饱和时间和放氢平台压力基本不变。Mg_2Ni贮氢材料中钛的含量优选为8.233%。

Zr_(1-x)Nb_(x)Co(x=0~0.2)合金吸放氢及抗歧化性能研究

采用真空电弧熔炼法制备了Zr_(1-x)Nb_(x)Co(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)合金,研究了Nb掺杂对ZrCo合金相组成、吸放氢及抗歧化性能的影响。XRD结果表明:Zr_(1-x)Nb_(x)Co(x=0~0.2)合金主相为ZrCo相,含有少量ZrCo_(2)杂相;氢化物为ZrCoH3相。Nb掺杂有利于ZrCo合金吸放氢性能的提高:ZrCo吸氢反应活化时间为7690 s,Zr_(0.8)Nb_(0.2)Co缩短至380 s;ZrCo吸氢反应表观活化能为44.88 kJ·mol^(-1)H_(2),Zr_(0.8)Nb_(0.2)Co降低至32.73 kJ·mol^(-1)H_(2);10 K/min升温速度下,ZrCo-H系统放氢温度为597.15 K,Zr_(0.8)Nb_(0.2)Co-H系统降低至541.36 K;ZrCo-H系统放氢反应表观活化能为100.55 kJ·mol^(-1)H_(2),Zr_(0.8)Nb_(0.2)Co-H系统降低至84.58 kJ·mol^(-1)H_(2)。放氢模式下798 K保温10 h,ZrCo歧化83.68%,Zr_(0.8)Nb_(0.2)Co仅歧化8.71%;Nb掺杂降低合金氢化物8e间隙氢原子数量,减小岐化反应驱动力,提高合金抗歧化性能。

铝含量对新型钒基储氢电池合金性能的影响

以新型钒基储氢合金为试验对象,对不同Al含量添加对新型钒基储氢电池合金显微组织、吸放氢性能和充放电性能进行了测试、分析和比较。结果表明,随Al含量的添加,新型钒基储氢合金的晶粒先细化后变大,最大吸氢量先增大后减小,充放电性能先减小后增大,显微组织逐渐改善,吸放氢性能和充放电性能先提升后下降。与0.1%Al含量相比,0.3%Al含量时的平均晶粒尺寸减小了15μm,最大吸氢量增大了91.67%,放电容量衰减率减小了25%。新型钒基储氢合金的Al含量优选为:0.3%。