基于模糊综合评价法的化学储氢材料特性比较研究

氢气的储存是氢能产业链中的重要组成部分,也是氢能产业链的“堵点”,化学储氢是解决目前氢气所面临的储存瓶颈问题的重要研究方向。以研究化学储氢材料的发展为目标,选择两种有机液态以及两种固态储氢材料为评价对象,使用yaahp软件,基于层次分析法确定权重的模糊综合评价法将这四种储氢材料的安全性、适用性、便捷性、以及经济性的定性分析转化为定量评价,完成对四种储氢材料的打分,结果表明环己烷(C6H12)在化学储氢材料发展中较具优势。

纳米碳管电化学储氢的研究进展

纳米碳管的储氢是近年来纳米碳管领域研究的一个热点。纳米碳管储氢研究有两种方法 ,一种是气相法 ,另一种是电化学法。本文对纳米碳管电化学储氢的基本原理、纳米碳管电化学储氢的理论计算以及氢与纳米碳管的相互作用机制 ,特别是目前单壁和多壁纳米碳管电化学储氢的实验研究进展进行了综述 。

不同管径碳纳米管电化学储氢性能的比较

比较了5种不同管径碳纳米管的电化学储氢能力。采用三电极体系,Ni(OH)_2/NiOOH 为对电极,CNTs-Ni(质量比为1:9)为工作电极,Hg/HgO 为参比电极,30%的 KOH 作为电解液。实验结果显示:在同等制作条件和200mA/g 的充放电电流密度,0.1V 的放电终了电压下,10～30nm 的碳管储氢能力最好,克容量最大为480.6mAh/g,相应的平台电压高达0.92V;20～40nm 的最高克容量为430.5mAh/g,仅低于10～30nm 的电化学储氢量。10～20nm、40～60nm 和60～100nm 碳管的电化学储氢量分别是:401.1mAh/g、384.7mAh/g 和298.3mAh/g。由此可见碳纳米管的管径大小也是影响其电化学储氢性能的一大因素。纯镍电极在同等条件下的最高放电量只有17.8mAh/g,对整个电极放电量的影响可以忽略不计。

氨硼烷基化学储氢材料

自20世纪50年代中期氨硼烷(AB)第一次被制备出来后,AB及其相关化合物受到了储氢材料研究者越来越广泛的关注。从AB的制备、结构及热分解性能出发,阐述包括水解、将AB置入多孔硅中改善反应环境、金属替代的化学激活等诸多改善AB的放氢性能的方法,并指出了它们的优缺点。接着对大家共同关心的AB的再生可行性问题进行了探讨。指出金属替代的化学激活方法形成的金属氨硼烷化合物具有优异的放氢性能。其在较低温度下具有较高的放氢容量,放氢反应过程中无挥发性的气体副产物,整个放氢反应过程几乎是热中性。AB及其相关化合物的这些优势使其成为潜在的颇具实际应用价值的储氢材料之一。

纳米碳管对MmNi_5合金电化学储氢性能的影响

通过循环伏安法、计时电位法研究了纳米碳管的添加量对MmNi5合金在碱性溶液中电化学储氢性能的影响。结果表明,添加纳米碳管可以明显改善MmNi5合金电化学储氢性能;当纳米碳管与MmNi5合金的质量比为1∶16.7时,电极的电化学活性最好,电化学储氢量提高达到62.41%。

Ni对非晶态Co-B合金电化学储氢性能的影响

通过化学还原共沉积法引入元素Ni制备了三元非晶态Co-Ni-B合金,并研究了元素Ni对非晶Co-B合金电化学储氢性能的影响。结果表明,含镍23.8at%非晶态Ni-Co-B合金的可逆放电容量约为250mAh/g,较非晶Co-B合金下降约20mAh/g,但循环稳定性二者相同,即在650mA/g的高电流密度下循环60次容量几乎保持不变。但进一步增加Ni含量,含镍35.8at%的非晶态Ni-Co-B合金的放电容量和循环稳定性都较不掺杂时发生大幅下降。但是,元素Ni的引入能有效抑制高电流密度充电过程中Co-B合金表面大量氢气的析出,减小电极放电电压平台和容量在循环过程中的波动。这可能得益于以下2个原因:(1)非晶Ni-Co-B合金对水分解的电催化活性降低;(2)吸附态氢原子在非晶Ni-Co-B合金基体中的扩散速度高于在Co-B合金中的扩散速度。

水热合成碳纳米管的电化学储氢性能研究

采用水热法制备了多壁碳纳米管（MCNTs）。以X射线衍射、透射电子显微镜等手段对所制碳纳米管进行了表征：管直径在50 nm左右,长度多为520μm,管壁厚度一般不超过10nm。电化学测试表明碳纳米管的放电容量约为398mAh·g^-1,相当于1.5%的储氢量。

改性活性炭/AB_5合金复合材料的电化学储氢性能

分别采用球磨法、液相还原法和水热法在活性炭(AC)中引入金属镍,将改性后的活性炭与AB5型储氢合金组成复合材料。恒电流充放电测试表明,水热法改性活性炭/AB5合金(质量分数90%)制成的复合材料表现出最佳的电化学储氢性能,当改性活性炭含20%金属镍时,复合电极的0.2 C比容量达到316 m Ah/g,且大电流放电性能明显优于AB5合金电极。

改性石墨／AB5合金复合材料的电化学储氢性能研究

以AB5型储氢合金为添加剂,采用球磨法对石墨进行表面改性,再将改性后的石墨与AB5型储氢合金组成复合材料。恒电流充放电测试结果表明,优化的复合材料组成为:10%(wt,下同)改性石墨+90%AB5合金,其中改性石墨含20%AB5合金。该复合电极的0.2C容量达到315mAh/g,大电流放电性能明显优于AB5合金电极。电化学阻抗谱测试表明,与AB5合金电极相比,H在复合电极中的扩散速率明显增加,从而有利于电极充放电的进行。

采用机械合金化方法制备Ti3Ni2合金的结构及电化学储氢性能

采用机械合金化方法用Ni粉和Ti粉得到了Ti3Ni2非晶合金。晶态Ti3Ni2合金初始容量比非晶合金要高。晶态合金初始容量可以达到240mAh／g。而非晶合金容量为173mAh／g。随着循环次数的增加，晶态合金放电容量呈线性下降趋势。而对于非晶电极材料来说，随着循环的进行，初始容量下降，但是达到一定循环次数以后，电极的放电容量达到基本稳定。

化学镀Ni碳纳米复合材料的制备及电化学储氢性能研究

将化学镀Ni的碳纳米管及对其进行了热处理的这2种复合材料应用于电化学储氢中。较之纯碳纳米管,在大电流密度(1000mA/g)充放时,复合材料的最大放电容量分别提高到101和149mAh/g。但电极的循环寿命尚不够理想。

有序中孔炭的电化学储氢性能

将蔗糖、聚环氧乙烯-聚环氧丙烯-聚环氧乙烯三嵌段共聚物和硅源构成的复合物进行预炭化、炭化和除硅处理合成出有序中孔炭,采用XRD、TEM、HRTEM和N_2吸脱附等手段对其进行表征,并将有序中孔炭制成电极开展恒流充放电储氢性能研究.结果显示,具有较高比表面积(720 m^2·g^(-1))和孔容(0.86 cm^3·g^(-1))的有序中孔炭材料的电化学储氢容量为70.1 mAh·g^(-1),高于具有相对较低比表面积(610 m^2·g^(-1))和孔容(0.66 cm^3·g^(-1))的有序中孔炭储氢容量(64.1 mAh·g^(-1)).通过与单壁碳纳米管电极(25.9 mAh·g^(-1))的对比,表明有序中孔炭具有良好的电化学储氢性能和更高的电化学活性.

TiO_2包覆Co_9S_8的制备及其电化学储氢性能

目前,寻找新型能源成为解决能源和环境问题的关键,氢能以其高效能、无污染等优点成为研究重点。其中,开发具有高储氢量和优异循环稳定性的新材料是利用氢能的重要研究方向。近些年,Co_9S_8凭借其优良的电化学储氢性能和较高的储氢容量成为目前研究热点,但其抗粉化性能仍有待于进一步提高。本文采用溶胶凝胶法和煅烧法得到了不同质量分数TiO_2包覆Co_9S_8的电极材料,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试系统分析包覆材料组成与性能,研究不同质量分数的TiO_2对材料电化学储氢性能的影响。结果表明,当TiO_2质量分数为3%时,产物的储氢性能和循环稳定性最好,最大储氢容量(质量分数)为2.03%,且经过30次充放电后,其放电容量仍能保持在60%。

石墨烯基复合材料电化学储氢性能研究进展

石墨烯储氢是近年来储氢领域研究的一个热点,而电化学储氢因条件温和且经济有效也备受关注。简述了石墨烯的储氢性能以及提高石墨烯储氢性能的方法,综述了石墨烯基复合材料在电化学储氢领域的应用,以及石墨烯作为碳载体负载不同催化剂(如金属、非金属、金属化合物)对电化学储氢性能的影响,分析了石墨烯电化学储氢机理,指出利用石墨烯基复合材料构建高效、可逆、便携、廉价的电化学储氢系统是未来的研究方向。

硒材料合成及其电化学储氢研究获新进展

近日，中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）开发了一种可见光辅助光热化学合成的新方法，成功控制合成了微米管状、亚微米棒状、梭形纳米棒状、刺猬状纳米棒组装体等不同形态的特殊硒材料，研究结果表明硒材料形貌与结构对其电化学储氢性能有显著影响。

硒材料合成及其电化学储氢研究获新进展

中国科技大学谢毅教授领导的课题组开发出一种可见光辅助光热化学合成的新方法，成功地控制合成了微米管状、亚微米棒状、梭形纳米棒状、刺猬状纳米棒组装体等不同形态的特殊硒材料。研究结果表明，硒材料形貌与结构对其电化学储氢性能有显著影响，如硒亚微米管的电化学储氢性能明显优于梭形纳米棒。

中国科大硒材料合成及其电化学储氢研究获新进展

近日，中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）谢毅教授领导的课题组发展了一种可见光辅助光热化学合成的新方法，成功地控制合成了微米管状、亚微米棒状、梭形纳米棒状、刺猬状纳米棒组装体等不同形态的特殊硒材料。研究结果表明硒材料形貌与结构对其电化学储氢性能有显著影响，如硒亚微米管的电化学储氢性能明显优于梭形纳米棒。该成果发表在4月10日出版的国际著名化学期刊Angew．Chem．Int．Ed．上。

共溅射制备a-Si-Ag薄膜及其电化学储氢性能

氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜因其具有很高的电化学储氢容量而在质子型电池中极具研究和应用价值,但其电化学循环稳定性较差的问题已然成为其商业化应用的最大阻碍。为了改善a-Si薄膜的导电性和力学性能以提高a-Si薄膜电极的电化学容量和循环寿命,通过磁控共溅射技术制备了具有不同Ag含量的复相Si-Ag薄膜,研究了高导电性金属Ag对a-Si薄膜电极在质子型离子液体中电化学储氢性能的影响。结果表明,在磁控溅射制备的Si-Ag薄膜中,Ag以单质纳米晶颗粒的形式弥散分布在非晶态a-Si基体中;复相Si-Ag薄膜的导电性能和电化学储氢性能均优于a-Si薄膜电极,其中Ag原子分数为20%时的Si-Ag薄膜电极具有高达887.7 mAh·g^(-1)的电化学容量,经100次充放电循环后其容量保持率S_(100)为64.23%。Ag纳米颗粒的引入可以有效缓解Si-Ag薄膜充放电过程中的体积效应,改善了薄膜电极的循环性能。

定向多壁碳纳米管的电化学储氢性能

采用定向多壁碳纳米管和非定向碳纳米管混以铜粉制成的电极进行了恒流充放电电化学实验,对其电化学储氢性能的检测结果表明,混以铜粉的定向多壁碳纳米管电极的储氢量是石墨电极的10倍,是非定向多壁碳纳米管电极的13倍,比电容量高达1625mA·h/g,对应储氢量为5.7％（质量分数）,说明定向多壁碳纳米管具有优异的电化学储氢性能。

La_(1-x)Mg_xNi_(2.5)Co_(0.5)(x=0～0.4)储氢合金的制备及电化学氢化性能

本文以感应熔炼法制备的La_(1-x)Mg_xNi_(2.5)Co_(0.5)(x=0~0.4)储氢合金作为研究对象,探究了熔炼过程中合金成分的损耗情况。通过对合金质量损耗的填补,并结合AES-ICP等测试手段,比较精确地制备出了目标合金。根据合金充放电前后的X射线衍射(XRD)测试结果,发现合金的氢化物随着Mg含量的增高而逐渐由非晶态转化成晶态,晶态氢化物由合金的α相转化成氢化物的β相。合金氢化物的晶胞参数a和c均显著增大,晶胞体积也有较大膨胀,但增大幅度却随着Mg含量的增加而逐渐减小。在0.1MPa干燥Ar保护条件下,填补0.9%的La和10.0%的Mg所制备的La_(0.7)Mg_(0.3)Ni_(2.5)Co_(0.5)合金不仅具有良好的电化学氢化性能和较大的放电容量,而且能够有效抑制合金的氢致非晶化。