镁基Mg_2Ni储氢合金的制备及其性能改善研究进展

镁基Mg_2Ni储氢合金由于具有理论储氢容量高、资源丰富、价格廉价、质量轻等突出优点而备受关注。然而,该类合金因制备困难、吸放氢动力学性能差,实际应用受到了极大的限制。对近几十年来镁基Mg_2Ni储氢合金的制备和性能改善方面的研究进行了系统综述。在此基础上,指出了该类合金存在的问题及今后的发展方向。

Mg_2Ni型镁基储氢合金研究新进展

镁基储氢合金因其具有较高的储氢容量、资源丰富和良好的吸放氢平台而被认为是最具应用价值的金属储氢材料之一.综述了镁基储氢材料尤其是Mg2Ni型镁基储氢合金材料实验和理论研究的新进展,讨论了现有的镁基储氢合金材料的优缺点,同时也提出一些尚需深入研究的问题.

镁的氢化反应对氢化燃烧合成储氢合金Mg_2NiH_4纯度的影响

本文主要通过改变在镁氢化反应温度的保温时间 ,研究不同合成压力、合成温度下 ,中间反应—镁的氢化反应对氢化燃烧合成Mg2 NiH4 的影响。初步探讨了镁的氢化反应与燃烧合成Mg2 Ni反应及其氢化反应的内在联系。研究结果表明 :镁的充分氢化在促进Mg Ni燃烧合成反应的同时有效地提高了Mg2 Ni的氢化活性 ,这一结果为工业化低压合成纯Mg2 NiH4 提供了可行途径 ,但在低温下仅延长镁的氢化时间 ,产物中少量的Ni很难消除。

CeO2基固溶体对Mg2Ni合金储氢动力学性能的影响研究

采用水热法合成纳米Ce1-x(Eu0.5La0.5)xO2及Ce1-x(Fe0.5La0.5)xO2固溶体,通过结构及光谱性能分析表征了掺杂效应。与纯CeO2相比,CeO2基固溶体的晶胞参数变大,紫外漫反射的吸收边发生移动,拉曼光谱的F2g特征振动峰向低波数方向移动。将掺杂固溶体作为添加剂与Mg2Ni合金混合进行球磨处理,对得到的复合材料进行结构及储氢动力学表征。XRD结果表明,复合材料的纳米晶比例升高。储氢动力学测试结果表明,固溶体添加剂使材料表面反应的可逆程度得到优化,Mg2Ni合金体内的氢原子扩散速率及氢扩散系数也得到了提高。

新能源汽车用Mg2Ni基储氢合金的制备与性能

以LaMg2Ni、PrMg2Ni和NdMg2Ni作为稀土氢化物载体制备了Mg2Ni-%(质量分数)LaMg2Ni(=0,10,20和30)和Mg2Ni-20%REMg2Ni(RE=La,Pr和Nd)复合材料,研究了LaMg2Ni含量对Mg2Ni基复合材料物相组成、显微形貌和储氢性能的影响,并对比分析了Mg2Ni-20%REMg2Ni(RE=La,Pr和Nd)复合材料的储氢性能。结果表明,添加LaMg2Ni的Mg2Ni基复合材料的可逆吸放氢容量明显高于纯Mg2Ni合金,且在LaMg2Ni含量为20%时达到最大值;Mg2Ni基复合材料的放氢量和放氢过程中的扩散性能会随着LaMg2Ni含量的增加而表现为先增加而后减小的趋势,在LaMg2Ni含量为20%时取得最大值。充分氢化后Mg2Ni-20%REMg2Ni(RE=La,Pr和Nd)复合材料中除Mg2NiH4相外分别含有LaH3、PrH2.37和NdH2.5相,最大吸氢量分别为3.31%、3.45%和3.48%,最大放氢容量分别为0.57%、0.67%和0.60%,且放氢速率都高于纯Mg2Ni合金;3种Mg2Ni基复合材料中Mg2Ni-20%PrMg2Ni复合材料在250和200℃时的放氢平台电压最高且明显高于纯Mg2Ni合金,具有最优的扩散性能。

La_2Mg_(17)稀土镁基储氢合金制备工艺及储氢性能研究

采用熔剂覆盖熔炼的方法制备了La2Mg16Ni合金,并研究了该合金的吸放氢性能及吸放氢过程中合金的相结构变化.用Ni取代La2Mg17合金中的部分Mg,可提高储氢合金的吸放氢动力学性能,在温度高于553K时,所制备的储氢合金具有良好的吸放氢平台性能,其储氢容量可达到4.16%.

掺Cr纳米晶Mg_2Ni合金的气态储氢性能

纳米晶Mg2 Ni1-xCrx(x =0 ,0 .1,0 .2 ,0 .3)合金由纯Mg、Ni、Cr粉在 5 0 0℃经 3h烧结后机械球磨而成。在 2 10℃吸氢、2 5 0℃放氢的条件下 ,添加Cr后合金的最大吸放氢量明显提高 ;纳米Mg2 Ni0 .8Cr0 .2 合金的气态储氢量和吸氢动力学性能较好 ,第一次放氢量就达到 3.0 % ,并且循环稳定性良好 ,吸氢后生成Mg2 NiH4 、Mg2 NiH0 .2 4 相。纳米Mg2 Ni0 .7Cr0 .3 合金的放氢量在不经过活化的条件下便达到最大值 ,然而循环稳定性差 ,这是由于循环过程中有MgH2

Mg_2Ni型合金与AB_5型稀土储氢合金纳米复合对电极性能的影响

对由两步法 (由机械合金化和烧结两个步骤组成 )制备的Mg2 Ni型储氢合金进行高能球磨处理 ,然后对球磨后的Mg2 Ni合金粉进行化学镀及与AB5型合金进行复合等处理。利用X射线衍射 (XRD)、扫描电镜(SEM)分析了经过处理的材料的微观结构 ,并用模拟电池法测定了该材料的电极性能 ,并讨论了化学镀和与AB5型储氢合金复合等因素对Mg2

银和铝对Mg_2Ni合金储氢性能的影响

用氢化燃烧法合成Mg2-xAgxNi(x=0.05,0.1,0.2,0.5)和Mg2-xAlxNi(x=0,0.1,0.2,0.5)。PCT结果说明合成的Mg Ni Ag和Mg Ni Al储氢合金材料具有很高的活性和理想的储氢性能。对两个体系的PCT结果分别进行计算,得出温度和氢平衡压的关系式。在423K时Mg1.8Ag0.2Ni在5min之内的放氢量为2.14%/min(质量分数);Mg1.5Al0.5Ni在α+β相区的吸氢速率为4.88%/min(质量分数),放氢速率为1.26%/min(质量分数)。用XRD方法进行物相分析表明:添加少量银没有改变Mg2Ni的结构;添加铝却改变了Mg2Ni的结构,使储氢合金材料的储放氢动力学性能均得到改善。

苯溶液中球磨La_2Mg_(16)Ni合金的储氢性能

对苯溶液中球磨的La2 Mg16Ni合金的储氢性能进行了研究。XRD和SEM分析表明 :球磨后合金颗粒粒径减小 ,且有明显的非晶化趋势 ;由合金和有机苯溶剂在球磨过程中形成的EDA (electrondonor acceptor)体系极大地提高了合金的活化性能 ;球磨后的合金即使在低温下也具有良好的吸氢速率 ;延长球磨时间 ,可改善合金的吸氢性能。

Mg_2Ni系储氢合金电化学性能的研究

用固态扩散和机械球磨法制备出纳米级Mg2 Ni和Mg1 .7Al0 .3 Ni储氢合金 ,其电化学性能超过用传统方法制备的合金。充放电测试表明 :该合金放电电压平台 (电压超过 1 2V)较高 ;在 2 0 0mA/g放电电流密度下 ,合金充放电循环 50次 ,容量仍保持在 2 0 0mAh/g以上。X射线衍射分析表明 :随着球磨时间延长 ,衍射峰的宽化程度变大 ,强度逐渐减弱 ,1 2h后变化减缓。这是由于晶粒尺寸变小 ,缺陷及应力密度增加之故。合金电化学性质的改善与合金在机械研磨中的微结构变化有关 ,并且合金组成中铝部分取代镁对于延长合金的循环寿命有至关重要的作用。

Mg22 Y2Ni10 Cu2储氢合金的放氢性能

采用中频感应炉冶炼了添加少量Y和Cu的Mg 2Ni型储氢合金,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、透射电子显微镜对合金不同状态下的物相结构与显微组织进行测试,借助基于Sieverts法的吸放氢设备和差示扫描量热仪测试合金的放氢性能,研究合金在等温与连续加热条件下的放氢过程和放氢活化能,并讨论相应的放氢机制。结果表明:铸态合金呈片层状组织,其主相为Mg 2Ni,YMgNi 4,并含有少量Mg;在前6次放氢中,每次达到90%最大放氢量所用时间分别为446,418,360,354,342 s和336 s;对等温放氢曲线拟合的结果表明:合金脱氢过程是以随机成核和随后生长的机制完成;等温放氢时的活化能E a=67.6 kJ/mol,而连续升温时的放氢活化能E a=69.5 kJ/mol;同时发现,505 K和512 K为Mg 2NiH 4相的晶型转变点,且Mg 2NiH 4比MgH 2先行放氢。

Mg_2Ni型储氢合金电极材料研究进展

概述了当前Mg2Ni型储氢合金的研究状况以及提高Mg2Ni型合金电极性能所采用的主要方法,指出纳米非晶化、调整合金成分并复合改性是改善合金性能最有效的途径。

碳基材料对Mg_2Ni合金储氢性能催化研究

采用熔炼法制备铸态Mg_2Ni合金,利用球磨法制备质量分数为5%Mg_2Ni-Ni碳基复合材料(石墨,氧化石墨,石墨烯),系统研究球磨样品的电化学及动力学储氢性能.研究发现,添加催化剂后Mg_2Ni合金的放电容量增大,循环稳定性提高;石墨烯及氧化石墨可明显增强Mg_2Ni合金表面催化活性,加快氢原子在合金体相内的扩散速率,而石墨的催化效果不明显.

(Mg_(58)Al_(42))_(0.9)Ni_(0.1)储氢合金的制备及其电化学性能

采用机械合金化制备(Mg58Al42)0.9Ni0.1储氢合金,研究其在不同球磨时间下的电化学性能以及添加Ni对其电化学性能的影响。结果表明:合金粉末经球磨后产生Mg17Al12新相,Ni未溶入其它相中;合金的放电容量随球磨时间延长先增加而后又降低,其中球磨20h的合金放电容量最大,为345.8mA·h/g;合金的腐蚀速度随球磨时间延长先减慢而后加快,其中球磨10h的合金腐蚀电流密度最低,为14.85μA/cm2,且腐蚀速度最慢;合金的动电位极化曲线出现钝化现象,钝化区间较宽;交流阻抗谱由单容抗弧组成,没有出现扩散尾,腐蚀过程受电化学反应控制;添加Ni后,合金放电容量增大,腐蚀速度减慢。

纳米晶Mg_(2-x)Ti_xNi_(0.8)Cr_(0.2) 四元合金的气态储氢性能

纳米晶Mg2-xTixNi0.8Cr0.2(x=0.05,0.10,0.15,0.20)四元合金由纯Mg,Ti,Ni,Cr粉在773K经4h烧结后机械球磨而成。该合金具有良好的活化性能和吸氢动力学性能。合金在393K,4.0MPa氢压条件下,2min内便可以完成总吸氢量的75%(质量分数)以上,Mg1.95Ti0.05Ni0.8Cr0.2最大吸氢量可达到3.35%。在493K,0.1MPa条件下可快速放氢,Mg1.80Ti0.20Ni0.8Cr0.2在18min内便可完成放氢过程,总放氢量为2.17%。所有合金具有良好的低温吸氢性能,353K时Mg1.85Ti0.15Ni0.8Cr0.2合金最大吸氢量可达到2.08%。XRD分析结果显示,Ti替代Mg后,合金中主要存在Mg2Ni与Ni两相,另外,还有微量的Mg与TiNi相,TiNi相弥散分布在合金中,对合金的吸放氢性能有一定的催化作用。

纳米TiO_2对Mg_2Ni_(0.75)Cr_(0.25)合金储氢动力学性能的改善

采用扩散烧结法制备了Mg2Ni0.75Cr0.25合金,然后与纳米TiO2颗粒混合球磨得到纳米复合材料。X射线衍射分析结果表明,纳米复合材料由Mg2Ni Ni复相合金和纳米TiO2组成,平均晶粒度为24～35nm。纳米TiO2颗粒对Mg2Ni0.75Cr0.25合金储氢动力学性能的提高具有催化作用,降低了Mg2Ni0.75Cr0.25合金的吸、放氢温度,使纳米复合材料氢化生成焓明显降低。对纳米复合材料的储氢性能测试结果表明:添加1.5%(质量分数)TiO2的纳米复合材料在373K、4MPa下5min内完成吸氢,并在463K、0.1MPa下20min内完成放氢,最大放氢量为2.57%。

纳米Ce_(1-x)(Eu_(0.5)La_(0.5))_xO_2固溶体对Mg_2Ni合金储氢性能催化作用研究

采用水热法合成纳米Ce1-x(Eu0.5La0.5)xO2(x=0、0.04)固溶体,系统研究固溶体在球磨条件下对Mg2Ni合金储氢性能的催化作用。XRD结果表明,随着Ce1-x(Eu0.5La0.5)xO2添加量的增大及球磨时间的延长,样品的非晶纳米晶含量增加;SEM结果显示,催化剂均匀分布在合金表面,随着球磨时间延长,团聚现象减少;催化剂对球磨样品的活性、最大放电容量和高倍率放电性能均有良好的催化作用,掺杂固溶体比纯CeO2具有更好的催化活性。

影响Mg_2Ni储氢合金电极性能的因素分析

系统分析了球磨工艺、与 Mg粉球磨复合以及组元替换对 Mg2 Ni合金电极性能的影响。 X射线衍射分析和模拟电池法测试结果表明 ,Mg2 Ni合金的放电容量与球磨参数的选择密切相关 ,高的球磨能量有利于吸放氢的微结构迅速形成 ,故其放电容量显著提高。不同量的 Mg粉与 Mg2 Ni合金球磨制得Mgx/ Mg2 Ni复合合金 ,该类复合合金的放电容量随 Mg量的增加而有不同程度的提高。以 Nd部分替换Mg制得三元 Mg2 -x Ndx Ni合金 ,X为 0 .0 5和 0 .1时制得单相合金 ;X为 0 .2时制得由 Mg2 Ni、Nd Ni和Nd Mg Ni4相组成的三相合金。同 Mg2 Ni单相合金相比 ,包含 Mg2 Ni相的三元 Mg1.8Nd0 .2 Ni合金 ,球磨后它们的放电容量显著提高 ,这与 Nd Mg Ni4相的存在和球磨形成的多相复合微结构有关。

回归分析在Mg_2Ni系合金储氢性能研究中的应用

以Al、Ti含量和制备方法为试验因素,采用回归分析方法,建立出具有较高预测精度的Mg2Ni系储氢合金最大吸氢量和最大放电容量的回归方程,并进行了Mg2Ni系合金储氢性能的优化研究。结果表明,具有最佳储氢性能的Mg2Ni系储氢合金的试验参数为Al含量0.1%、Ti含量0.1%;制备方法为两步法,制备出的Mg1.8Al0.1Ti0.1Ni合金的最大吸氢量高达3.47%,最大放电容量高达102.5 mA·h/g,且经15次循环后的放电容量仍保持在69.1 mA·h/g。