储氢合金中氢致非晶化的研究进展

储氢合金被认为是一种良好的储氢介质,其循环过程中的高吸放氢量更是学者们的研究重点。但储氢合金中的储氢容量不可避免会发生衰减,其衰减机理主要有:合金颗粒粉化、电化学腐蚀与氧化以及氢致非晶化(HIA)。其中,HIA发生于含Lave相的AB2型合金氢化物或Lave相为子单元的AB3~3.8型稀土镍系合金氢化物中。影响HIA发生的因素主要有氢浓度、氢压力、温度、循环次数、物相类型。当氢浓度较低时,合金吸氢发生部分HIA;随着氢浓度的增加,氢化物发生HIA程度严重。HIA发生与氢压、温度的临界值有关,高于临界值时,HIA现象严重,低于临界值时,非晶与晶态氢化物共存。随着循环次数的增加,HIA现象严重,这直接降低了合金的放氢效率。有研究者指出,可通过调整物相改善合金的吸放氢性能。采用Mg、Pr、Sm和Co、Mn、Cu、Fe、Al分别部分替代RENi2(RE=稀土)合金中RE和Ni,虽然形成的合金吸氢时仍会发生HIA,但其吸放氢性能得到显著改善。这是因为经调整的合金由单一的AB2型Laves相转变为AB2型Laves相和CaCu5型AB5相混合物相,AB2相吸氢时会发生HIA,而AB5相则始终为晶态,不发生HIA。随着循环次数的增加,Fe、Mn、Si等元素部分替代Ni后合金发生HIA的速率不同。AB2或含AB2子单元的物相吸氢发生HIA由易到难的顺序为(La,Mg)Ni2>(La,Mg)Ni3>(La,Mg)2Ni7>(La,Mg)5Ni19。为了延缓或抑制HIA的发生,可以从适量合金元素替代、增大AB5结构层比例或含量、合金氢化物的再结晶等角度进行研究。本文归纳了AB2型或含AB2相子单元的合金吸氢发生HIA的研究进展,分别对发生HIA的必要条件、影响因素、现象与原因等进行了介绍,提出了HIA的延缓措施并展望了其应用前景,以期为研制出长寿命、高容量的储氢合金提供参考。