Mg-Ni系储氢合金元素取代改性的研究进展

综述了对Mg-Ni系储氢合金进行元素取代改性的最新研究进展,分析了Mg-Ni系储氢合金A、B两侧元素的构成,并分别按Mg-Ni系中A、B两侧元素的性质,讨论了这些元素部分取代A_2B型Mg_2Ni和AB型MgNi合金中的Mg和Ni对Mg-Ni系合金储氢性能的影响。对近年来研究的多元Mg基储氢合金的充放氢性能和电化学性能进行了系统的阐述,总结了取代元素在降低Mg-Ni系储氢合金的氢化物生成热和放氢温度、提高合金电极循环寿命时的作用。

Mg-Ni系储氢合金电极研究最新进展

综述了Mg -Ni系储氢合金的研究情况 ,总结了当前提高Mg -Ni系储氢合金、特别是Mg2 Ni型储氢合金电极性能所采用的主要方法 ,如机械合金化、组元调整。

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。

充放电对LaMgNi系储氢合金电化学性能的影响

研究充放电对LaMgNi系AB_(3.8)型储氢合金电极电化学性能的影响.结果表明:随着充电电流的增加,合金电极的最大放电容量持续增加,放电电势平台加宽,容量保持率先缓慢增大后快速减小;随着放电电流的增加,合金电极的最大放电容量持续减少,放电电势平台明显变窄,容量保持率持续增加.综合考虑,充电电流密度为100mA/g,放电电流密度为60mA/g时,La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.3)Co_(0.5)合金电极具有较好的综合电化学性能.

La-Mg-Ni系储氢合金储氢性能研究

采用快淬法制备了不同镁含量的La-Mg-Ni系储氢合金,并研究了La-Mg-Ni系储氢合金的储氢特性.结果表明,La-Mg-Ni系储氢合金主要由LaNi5和LaNi3两相组成;随着镁含量的增加,储氢合金的吸放氢平台压力降低,吸氢量提高;与化学计量比储氢合金相比,非化学计量比的储氢合金平台压力提高;在1173 K热处理4 h后,储氢合金具有较好的吸/放氢平台性能,其吸氢量可达1.59%.

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。

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。

La_(0.7)Mg_(0.3-x)Ti_xNi_(2.8)Co_(0.3)(x=0.03,0.06,0.09,0.12)合金的储氢与电化学性能研究

用高频感应熔炼方法制备了La0.7Mg0.3-xTixNi2.8Co0.3(x=0.03,0.06,0.09,0.12)系列合金,并对其储氢和电化学性能进行测试.结果表明x=0.06时,合金储氢性能最好,气态储氢容量达1.2wt%,放电容量和比容量分别为336 mA.h.g-1,70.0%.

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。

非晶态Mg-Ni-Pr储氢合金的差压铸造及电化学性能

研究了非晶态Mg-Ni-Pr储氢合金的差压铸造和电化学性能。结果表明,差压铸造能显著提高合金的非晶形成能力,Mg65Ni21Pr14的非晶临界尺寸由普通铜模喷铸法的3mm提高到4mm。非晶态合金Mg65Ni21Pr14在573K时的吸放氢量(质量分数)分别为3.62%和3.48%;最大放电容量为342.6mA.h.g-1,20次循环后为302.2mA.h.g-1,是最大放电容量的88.2%,循环稳定性高于其他非晶态Mg-Ni系储氢合金。

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。

储氢合金La_(0.67)Mg_(0.33)Ni_(2.5)Co_(0.5)及其氘化物的晶体结构

用X射线衍射(XRD)、中子衍射(NRD)和Rietveld全谱拟合方法分析和研究PuNi3型La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5合金及其充氘后的氘化物晶体结构。结果表明,退火合金La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5由主相(La,Mg)Ni3相(PuNi3-type)和少量LaMgNi4相(MgCu4Sn-type)及La2Ni7相(Ce2Ni7-type)组成;Co元素在(La,Mg)Ni3相中主要分布在AB5单元中6c和AB5/AB2单元共格处的18h位置上;合金充满氘后形成了La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5D4.0,D原子在(La,Mg)Ni3相中主要占据RM5单元中的36i2、18h5、6c4及RM2单元内的6c1、18h3和18h1位置上,其中RM5单元中的氘含量为6.5(1)D/f.u.,而RM2单元中吸纳的氘量为3.2(2)D/f.u.。充氘后La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5D4.0晶胞整体基本呈各向同性膨胀(δa/a=7.1%,δc/c=9.1%),但在RM2单元中其各向异性膨胀较大(δc/c=15.8%,δV/VRM2=32.8%),而在RM5单元中各向异性膨胀较小(δc/c=2.4%,δV/VRM5=17.5%)。

La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.47)Co_(0.2)Al_(0.03)储氢合金电极失效研究

采用中频感应真空熔炼制备La0.75Mg0.25Ni3.47Co0.2Al0.03合金,并借助电化学和气态循环实验、SEM、XPS等手段对合金电极失效的原因进行研究。结果表明,合金放电容量和吸氢容量的衰减在循环过程中均分为快速和缓慢两个阶段。随循环次数的增加,在电化学循环过程中,合金颗粒表面的氧化腐蚀产物逐渐增多,接触电阻和电荷传递电阻先降低后提高;在气态吸放氢过程中,合金颗粒裂纹逐渐增多,且开裂程度增大。La和Mg的氧化腐蚀损耗是导致合金放电容量衰减的主要原因,而合金颗粒粉化加剧了La、Mg的腐蚀,进一步恶化合金电极的稳定性。

快速凝固制备La_(0.83)Mg_(0.17)Ni_(3.25)Al_(0.15)Mn_(0.1)储氢合金的相结构和电化学性能

采用感应熔铸+退火处理(常规冷速)及快速凝固方法制备了La0.83Mg0.17Ni3.25Al0.15Mn0.1储氢合金。系统研究了快速凝固对合金的相结构、微观组织及电化学性能的影响。X射线衍射分析表明,冷却速率对合金的相组成影响不大,但对各相丰度影响明显。随着冷却速率的增加,合金中的LaNi5相(CaCu5型结构)丰度增加,LaNi3相(PuNi3型结构)丰度减少。EPMA分析表明,快速凝固方法制备的La0.83Mg0.17Ni3.25Al0.15Mn0.1储氢合金为扁平状晶粒组织。合金电极的电化学测试表明,冷却速率对合金的活化性能影响不大。随冷速的增加,合金的最大放电容量减小,合金电极的循环稳定性改善明显,铜辊线速度为15m/s时容量保持率达到97.03%。

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%。

Mg_2Ni系贮氢合金制备方法的研究进展

本文综述了熔炼法、机械合金化法、烧结法、扩散法、氢化燃烧合成法、表面处理法等制备Mg2Ni合金的基本原理和主要工艺。介绍了扩散法和球磨法等制备技术的联用,总结并讨论了这些合金制备技术制取的合金的充放氢性能和电化学性能及其对合金性能的影响。较先进的机械合金化法制备Mg2Ni系贮氢合金复合材料是比较理想的途径。