稀土-镁-镍系储氢电极材料的研究进展

介绍了国内外对各种多元及多相稀土-镁-镍系储氢电极材料的研究进展,主要包括材料的组成、制备方法、组织结构以及吸放氢动力学行为和电化学性能方面的研究。

Li-N-H储氢材料的高能球磨制备工艺研究

氢是一种理想的能源载体,被认为是未来人类社会最为洁净的能源。储氢材料是氢能利用的关键技术之一。碱金属氨基化物作为M-N-H储氢材料的基本组成物质,其合成工艺非常重要。采用机械合金化法研究氨基锂的合成工艺并对其进行了表征,结果表明,增加球磨时球磨罐内氨气压力即反应压力和球磨时间即反应时间均有助于提高氨基锂的相对纯度;当氨基锂的相对纯度接近98%时,再增加球磨时间和球磨罐内氨气压力,合成产物氨基锂相对纯度变化不大。最后得到了高能球磨法制备高纯氨基锂的最佳反应工艺,并对最佳工艺制备的氨基锂采用XRD和红外光谱进行了表征。

TiFe系储氢合金性能改善研究进展

TiFe合金作为一种传统的储氢材料,因其分解压力适中,储氢量较大,原材料储量丰富而引起广泛的研究兴趣。但是该合金存在活化困难、易中毒和滞后大等缺点,严重阻碍了其实际应用。针对TiFe合金的缺点研究者们进行了大量的改性研究。综述了TiFe系储氢合金的研究进展,介绍了改善其储氢性能的方法及其优缺点,并展望了TiFe系合金今后的研究方向和重点。

金属储氢材料研究概况

综述了氢存储研究的重要性和国内外当前金属储氢材料的研究状况,对稀土系、Laves相系、镁系和钛系4大系列及金属配位氢化物系储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细的介绍,并对未来金属储氢材料的研究工作进行了展望。金属储氢材料可用于电能、机械能、热能和化学能的转换和储存,具有广阔的应用前景。然而到目前为止,那些在室温下容易释放氢的金属氢化物,其可逆吸氢量不超过2%,无法满足实际要求。因此,新型储氢材料的开发任重而道远。

稀土-镁-镍系超晶格合金结构与储氢性能研究及进展

稀土-镁-镍系超晶格储氢合金由于具有储氢容量高、易活化、大电流放电能力强等优点被认为是具有广阔应用前景的新型碱性二次电池电极材料以及固态储氢材料,受到国内外学者的广泛关注,已成为动力电池和氢能研究领域的热点课题。近年来,针对此类储氢合金有关研究主要是集中在组成控制、结构调控以及性能改善等方面存在的关键难题。本文结合本课题组研究工作,从化学组成、晶体结构、电化学储氢性能以及固态储氢性能等方面对稀土-镁-镍系超晶格合金的研究及进展进行了较为系统的总结和评述,并对其未来的研究和发展方向进行了展望。

鸿达兴业联合有研院开发稀土储氢材料

鸿达兴业发布公告称为加快氢气的存储及应用研究,公司与有研工程技术研究院有限公司(以下简称“有研工研院”或“乙方”)签署《稀土储氢材料开发合作协议》。为进一步深入推进合作事宜,加快稀土储氢相关技术的研发进度,公司与有研工程技术研究院有限公司签署稀土储氢材料《技术开发合同》,公司委托有研工研院在第一代稀土系镧-镍基储氢材料的基础上研究开发第二代稀土系镧-镁-镍基储氢材料以及第三代稀土系镧-钇-镍基储氢材料。

鸿达兴业与有研工研院签署协议，携手开发稀土储氢材料

2019年7月23日,鸿达兴业发布公告称,该公司与有研工程技术研究院有限公司(下称“有研工程”)签署稀土储氢材料《技术开发合同》,公司委托有研工程在第一代稀土系镧—镍基储氢材料的基础上研究开发第二代稀土系镧—镁—镍基储氢材料以及第三代稀土系镧—钇—镍基储氢材料,提高稀土储氢材料的储氢性能和储氢容量,降低储氢材料的生产成本。

退火温度对无镁La-Y-Ni系A_2B_7型合金相结构和电化学性能的影响

用XRD、SEM、EDS和电化学测试方法研究了退火温度对A_2B_7型La_(0.33)Y_(0.67)Ni_(3.25)Mn_(0.15)Al_(0.1)储氢合金微观组织和电化学性能的影响规律。结果表明,合金铸态组织由2H-Ce_2Ni_7、3R-Gd_2Co_7、CaCu_5和3R-Ce_5Co_(19)型相组成;随退火温度(850~950℃)升高,Ce_2Ni_7型主相丰度和晶胞体积逐渐增加,至950℃退火后,CaCu_5和Gd_2Co_7型相基本消失,主相Ce_2Ni_7型相丰度和晶胞体积均达到最大值;退火温度≥950℃时,Ce_2Ni_7型和Ce_5Co_(19)型相丰度分别又有所减少和增加。950℃退火合金具有较低的放氢平台压(1.92~8.70 k Pa)和较高的电化学放电容量(371 mAh/g),经100次充放电循环后其容量保持率S100达到89%。退火合金电极的HRD性能均得到不同程度的提高,其中950℃退火合金具有最佳的大电流放电性能(HRD900=83.4%)。氢在合金中的扩散是影响其高倍率放电性能的控制因素。

四元镧镍系吸氢合金的化学法制备

将共沉淀还原扩散法推广应用于四元镧镍系吸氢合金的制备，借助ＸＲＤ等技术探讨了ＬａＮｉ４Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５的制备过程，确定了合适的制备条件．实验表明，共沉淀各组分之间的混合高度均匀，有利于合金化，反应温度低，时间短，降低了对工艺和设备的要求，而且原料易得，可望降低成本．

钒基/稀土-镁-镍系A_2B_7型合金复合储氢材料的微观组织和电化学性能

以钒基合金(TiCr)0.497V0.42Fe0.083为基体,通过掺入稀土-镁-镍系A2B7型合金(MlMg)2(NiCoAl)7作为电催化活性物,采用机械球磨改性方法制备了储氢合金复合电极材料(TiCr)0.497V0.42Fe0.083+x(%,质量分数)(MlMg)2(NiCoAl)7(x=5～50),系统研究了电催化活性物含量对球磨复合材料微观组织和电化学性能的影响规律。XRD和SEM分析结果表明,随x值的增加,球磨后A2B7型合金颗粒细化后分散并包覆在钒基合金表面上;与铸态钒基合金相比,复合材料中BCC固溶体相结构的晶胞参数a和晶胞体积V均明显减小。电化学性能测试结果表明,球磨复合材料电极的最大放电容量随着x值的增加呈先增加后减小的变化规律,当x?5时,复合材料电极的放电容量为280～433.2mAh.g-1,其100次充放电循环后的电极容量保持率S100为92%～98.9%,表现出良好的电极循环稳定性,其中x=30时的复合材料的综合电化学性能较佳,A2B7型合金的抗腐蚀性能及其包覆效果以及V元素的溶出行为对球磨复合储氢合金电极的电化学循环稳定性具有重要的影响。随A2B7型合金含量x的增加,球磨复合材料电极反应动力学得到显著提高,电极的高倍率放电性能(HRD)和交换电流密度I0值逐渐增加,但氢原子扩散系数有所减小,其中表面电催化活性是影响球磨复合材料(TiCr)0.497V0.42Fe0.083+x(%)(MlMg)2(NiCoAl)7电极反应动力学过程的主要控制步骤。

金属元素替代对Li_4BN_3H_(10)储氢材料释氢影响机理的第一性原理研究

应用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法研究了金属元素替代对Li4BN3H10释氢的影响机理.计算给出了结合能、电子态密度、密集数,分析了结构的稳定性和原子间的成键情况.结果表明:晶体的结合能与(LiM)4BN3H10(M=Ni,Ti,Al,Mg)释氢性能没有直接的关联.带隙的宽窄和带隙中是否存在杂质能级是决定(LiM)4BN3H10储氢材料释氢性能的关键因素:能隙越宽,晶体中结合最弱的键上的电子被束缚得越强烈,断开也就越难,因此导致储氢材料释氢温度高;元素掺杂在带隙中引入杂质能级,使费米能级进入导带、化学键强度减弱,从而使Li4BN3H10的释氢性质有所改善.元素替代使Li4BN3H10的N—H,B—H键单位键长上的密集数减小,改善了材料的释氢性能.

储氢材料

直接关系到燃料电池汽车行走距离的储氢技术，目前的现状不论是采取压缩氢、液体氢还是储氢材料的任何方式，并不是能在容器的容量、重量、能量效率、成本等所有方面都能得到满足。氢是体积非常大的燃料。每单位质量的氢的发热量约是汽油的3倍。

La15Fe77B8型储氢合金的结构和电化学性能

研究了快淬和退火态La15Fe77B8型储氢合金的组织结构和电化学性能。应用中频感应熔炼-快淬方法制备了La15Fe77B8型储氢合金,其组成为La15Fe2Ni72Mn7B2Al2。结构分析表明:快淬La15Fe2Ni72Mn7B2Al2合金为多相结构,包括LaNi5相、La3Ni13B2相和(Fe,Ni)相,快淬合金经1223 K保温3 h,然后在873 K保温3 h退火处理后,LaNi5相增加,La3Ni13B2相几乎消失,(Fe,Ni)相增加且形态变大。电化学测试表明,退火合金的最大容量(307 mAh.g-1)略小于快淬合金(309 mAh.g-1),而循环稳定性有所改善。退火合金电极的倍率放电能力(HRD)低于快淬合金,原因在于交换电流密度(I0)及氢在合金中的扩散系数(D)降低。快淬和退火合金电极在低温233 K时均能放出55%的容量。

退火热处理对快淬态La_(15-x)Sm_xFe_2Ni_(76)Mn_5B_2储氢合金组织结构及电化学性能的影响

采用中频感应熔炼-快淬方法制备La15-xSmxFe2Ni76Mn5B2(x=0,2,4,6)型储氢合金。结构分析表明:快淬态La15-xSmxFe2Ni76Mn5B2(x=0,2,4,6)合金为多相结构,主相为La Ni5相,另外还有La3Ni13B2相和(Fe,Ni)相。快淬合金经1173 K保温3小时,而后随炉冷却到室温,随着Sm替代La的量不同,合金的组成相有着不同的变化。电化学测试表明,退火热处理明显提高了合金电极的最大放电容量,改善了合金电极的自放电性能。退火合金电极的高倍率放电能力均低于快淬合金,表明储氢合金电极的电化学动力学性能有所下降。

漫话稀土

稀土,曾称稀土金属,或称稀土元素,它的英文名称是＂rare earth＂,意即＂稀有的土＂。打开元素周期表,我们不难发现稀土元素的踪影：元素周期表中原子序数从57到71的15个镧系元素,即镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）,再加上与其电子结构和化学性质相近的钪（Sc）和钇（Y）,共17种元素,均为稀土元素。