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储氢合金材料简介

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储氢合金材料简介

氢是一种高效能且对自然环境无污染的燃料,1千克氢燃烧时可放出14万焦耳的热量,是同样重量汽油发热量的3倍。氢气可以通过电解水的方法产生,同时它燃烧后又生成水,因此氢气是不污染环境、取之不尽、用之不竭的新型能源。

氢在常温下是气体,脾气很暴躁,当与空气混合浓度达到4~97% 范围时就会与明火燃烧爆炸,这就给使用、运输和储存带来了困难。因此,若没有一种方便的储存氢气的办法,氢就不可能作为普通的常规能源得到广泛应用。

常规储氢办法包括高压钢瓶装压缩气态氢和一种特制瓶

装液态氢两种。利用高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气,瓶内最

高可加压到几百个大气压,但即使这样,由于钢瓶储存氢气的

容积小,存储量有限,因此所装氢气的质量不到氢气瓶质量的

1%,而且既笨重,又有爆炸的危险。

采用液态氢储存方式,就是先将气态氢降温到-253℃变为

液体后保存在一个特殊结构的液体氢储存箱,然而由于液体储存箱非常庞大,而且需要极好的绝热装置来隔热,才能防止液态氢不会沸腾汽化以至流失。目前,液氢主要用作火箭和航天飞机等特殊领域的液体燃料,它与液氧燃烧放出巨大的能量来推动火箭和航天飞机飞行。总的来说,高压储氢和液态储氢两种存储氢方式,都需要消耗大量的机械能来压缩氢气或液化氢气,因此能耗非常高,且存在存储容器笨重不便、不安全等缺点,因而其应用受到限制。

图 1 储氢钢瓶

图 2 以液氢为燃料的火箭

20世纪60年代,材料王国里出现了能储存氢的金属和合金,统称

为储氢合金(hydrogen storage metal ),这些金属或合金具有很强的捕捉

氢的能力,它可以在一定的温度和压力条件下,氢分子在合金(或金属)

中先分解成单个的原子,而这些氢原子便“见缝插针”般地进入合金原子

之间的缝隙中,并与合金进行化学反应生成金属氢化物(metal hydrides),

外在表现为大量“吸收”氢气,同时放出大量热量。而当对这些金属氢化

物进行加热时,它们又会发生分解反应,氢原子又能结合成氢分子释放

出来,而且伴随有明显的吸热效应。

别看储氢合金的金属原子之间缝隙不大,但储氢本领却比氢气瓶的本领可大多了,因为它能像海绵吸水一样把钢瓶内的氢气全部吸尽。具体来说,相当于储氢钢瓶重量1/3的储氢合金,其体积不到钢瓶体积的1/10,但储氢量却是相同温度和压力条件下气态氢的1000倍,由此可见,储氢合金不愧是一种极其简便易行的理想储氢方法。采用储氢合金来储氢,不仅具有储氢量大、能耗低,工作压力低、使用方便的特点,而且可免去庞大的钢制容器,从而使存储和运输方便而且安全。

图 4 储氢合金吸氢和放氢微观过程

目前储氢合金主要包括有钛系、锆系、铁系及稀土系储氢合金。其主要用途包括以下几个方面:

图 3 储氢合金材料

(1)氢气分离、回收和净化材料。化学工业、石油精制以及

冶金工业生产中,通常有大量的含氢尾气排出,含氢量有些达到

50~60%,而目前多是采用排空或者白白的燃烧处理。因此,对

这部分加以回收利用,在经济上有巨大的意义。另外,集成电路、

半导体器件、电子材料和光纤等产业中,需要超高纯氢体。利用

储氢合金对氢原子有特殊的亲和力,而对其他气体杂质择优排斥

的特性,即利用储氢合金具有只选择吸收氢和捕获不纯杂质的功

能,不但可以回收废气中的氢,而且可以使氢纯度高于 99.9999%

以上,价格便宜、安全,具有十分重要的社会效益和经济意义。 (2)制冷或采暖设备材料。由于储氢合金具有在吸氢化学反应时放出大量热,而在放氢时吸收大量热的特性,因此,人们可以利用储氢合金的这种放热——吸热循环,可进行热的储存和传输,制造制冷或采暖设备。美国和日本竞相采用储氢合金制成太阳能和废热利用的冷暖房,其原理就是利用储氢合金在吸氢时的放热反应和释放氢时的吸热反应。我国北京有色金属研究总院则利用储氢合金储放氢过程的吸放热循环效应,制造了一台可以制冷到77K 的制冷机,该机器可用于工业、医疗等行业需要低温环境的场合。

图 5 储氢合金制作的储氢装置

图 6 利用储氢合金制造的制冷机

(3)镍氢充电电池。由于目前大量使用

的镍镉电池(Ni -Cd )中的镉有毒,使废电池

处理复杂,环境受到污染,因此它将逐渐被用

储氢合金做成的镍氢充电电池(Ni -MH )所

替代。从电池电量来讲,相同大小的镍氢充电

电池电量比镍镉电池高约1.5~2倍,且无镉的

污染,现已经广泛地用于移动通讯、笔记本计

算机等各种小型便携式的电子设备。目前,更大容量的镍氢电池已经开始用于汽油/电动混合动力汽车上,利用镍氢电池可快速充放电过程,当汽车高速行驶时,发电机所发的电可储存在车载的镍氢电池中,当车低速行驶时,通常会比高速行驶状态消耗大量

的汽油,因此为了节省汽油,此时可以利用车载的镍氢电池驱动电动机来代替内燃机工作,这样既保证了图 7 镍氢充电电池

汽车正常行驶,又节省了大量的汽油,因此,混合动力车相对传统意义上的汽车具有更大的市场潜力,世界各国目前都在加紧这方面的研究。

图8车用镍氢电池

锡基锂离子电池负极材料的研究进展概述

锡基锂离子电池负极材料的研究进展概述锡基作为锂离子电池的负极材料,相比较其他负极材料具有容量密度高(理论容量高达994mAh/g),较低的嵌入电位,安全性好等优点,成为了当前研究的热点之一。 本文简要的介绍了锂离子电池和锂离子负极材料的发展状况,并就目前的主要的锂离子电池锡基负极材料进行综述,包括金属锡,氧化锡,硫化锡,以及锡合金等。介绍其优点以及存在的问题,并对其未来发展前景进行展望。 关键词:锂离子电池,负极材料,氧化锡,硫化锡,锡合金 1.1引言 随着社会科技的不断发展以及生活水品的提高,电子产品更加的普及。人们对高性能的电源更加的需求。高能量,长寿命,小型化,环境友好,的各式新型电池成为了但前研究的热点。锂离子电池具有能量密度大,安全性好,循环寿命长,对环境友好,应用温区比较宽,放电平稳,无记忆效应,体积比较下的特点,立即成为了人们的研究焦点,各类锂离子蓄电池开发屡出不穷,其产业也迅速的发展,并很快的走向了产业化,工业化。被广泛的应用于笔记本电脑,手机,等便携式电子设备。 在全球人口不断增加,能源需求越来越大的今天,找到合适高效环保的新型代替能源日益重要,显然锂离子电池的各项特点满足此要求,它能够广泛的应用于军事领域和民用领域。被称为“21世纪绿色能源”的锂离子电池的研究也就更加的需要了。本文也就锂离子电池的发展,负极材料以及锡基负极材料的发展进行综述。 1.2锂离子电池的发展 锂离子电池(Lithium Ion Battery简写为LIB)作为锂电池(Lithium Battery 简写为LB)的一种,是其不断地完善和发展。锂离子电池的发展可分为三个部分,分别为锂原电池(Primary BL),金属锂二次电池,以及锂离子电池。其中锂原电池又被称为锂一次电池,金属锂二次电池和锂离子电池统称为锂二次电池(又称可充电电池,Rechargeable LB)。

储氢的各种材料

一、前言 随着社会的发展,环境保护问题已经越来越为人们所重视。酸雨、温室效应、城市热岛效应等等 或初露倪端,或已对人类造成巨大的危害,这些环保问题的产生在很大程度上与人类大量使用化石能 源有关。同时,由于能源消耗量的迅猛增加,化石能源将不能满足经济高速发展的需求,需要开发新 的能源。在我国开发清洁的新能源体系更具有重要意义。 氢可以地球上近于无限的水为原料来制备,其燃烧产物也是水,具有零污染的优点,有望在石油中国论文联盟https://www.doczj.com/doc/a94598622.html, 时代末期成为一种主要的二次能源。氢能技术的发展,已在航天技术中得到了成功的应用。 氢是一种危险,易燃易爆的气体,在使用中必须保证安全,因此,一种安全、高能量密度(包括体积能量密度和重量能量密度)、低成本、使用寿命长的氢储、输技术的应用需求已越来越迫切。 二、目前主要的储氢方式 近年来研究较多的储氢方式有:(1)金属氢化物储氢;(2)液化储氢;(3)吸附储氢;(4)压缩储氢。 2.1金属氢化物储氢 氢和氢化金属之间可以进行可逆反应,当外界有热量加给氢化物时,它就分解为氢化金属并释放 出氢气。用来储氢的金属大多是由多种元素构成的合金,目前世界上研究成功的合金大致分为:(1)稀土镧镍,每公斤镧镍合金可储氢153L;(2)铁钛合金,储氢量大,价格低月在常温常压下释放氢;(3)镁系合金,是吸氢量最大的元素,但需要在287℃条件下才能释放氢,而且吸收氢十分缓慢;(4)钒、铌、铅等多元素系,这些金属本身是稀贵金属,因此只适用于某 些特殊场合。 与其它储氢方式相比,金属氢化物储氢具有压力平稳,充氢简单、方便、安全等优点,单位体积贮氢的密度,是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍。该储氢方式存在的问题为在大规模应用中如 何提高储氢材料的储氢量和降低材料成本,节约贵重金属。国际能源机构确定的未来新型储素材料的标准为储氢量应大于5Wt%,并且能在温和条件下吸放氢。根据这一标准,目前的储氢合金大多尚不能满足这一性能要求。 2.2液化储氢 将氢气冷却到-253℃时氢气即可液化。液氢储存方式的质量能量密度最大,是一种轻巧紧凑的方式。但氢气液化成本高,能量损失大(氢液化所需能量为液化氢燃烧产热额的30%),且存在蒸发损 失。液氢贮存工艺首先用于宇航中,但需要极好的绝热装置来隔热,才能防止液态氢不会沸腾汽化, 导致液体贮存箱非常庞大。 2.3吸附储氢 C.CarPetis和W.Peschka是首先提出在低温条件下氢气能够在活性炭中吸附储存的两位学者。他们提出可以考虑将低温吸附刘运用到大型氢气储存中,并研究得到了在温度为-195℃和-208℃,压力为0-4.15MPa时,氢在多种活性炭上的吸附等温线:压力为4.2MPa 时,氢气在活性炭上的吸附容量分别可以达到 6.8wt%和 8.2wt%在果等温膨胀到0.2MPa,则吸附容量为4.2wt%和5.2wt%。 在一个最近的研究中,Hynek在27℃和-83℃条件下测试了一系列吸附剂,如活性炭、碳黑、碳气凝胶 以及碳分子筛等。测试结果为:在0-20MPa压力范围内,随着压力的增大,吸附剂的储氢量只有少 量的增加。 目前吸附储氢材料研究的热点是碳纳米材料。由于碳纳米材料中独特的晶格排列结构,其储氢数量大大的高过了传统的吸附储氢材料。碳纳米管产生一些带有斜口形状的层板,层

镁基储氢合金的最新研究进展

第16卷 第5期2009年10月 金属功能材料Metallic Functional Materials Vol 116, No 15 October , 2009 镁基储氢合金的最新研究进展 童燕青,欧阳柳章 (华南理工大学材料科学与工程学院,广州 510640) 摘 要:镁基合金是一类重要的储氢材料。本文综述了Mg 2Ni 系合金、稀土2镁2镍、镁2稀土等3类含镁储氢合金的最新研究进展,探讨了合金化机理,即合金化元素、原子半径、相结构对含镁基储氢合金性能的影响规律。关键词:储氢合金;镁基合金;合金化 中图分类号:T G 13917 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2009)05-0038-04 Latest Progress on H ydrogen Storage Alloys Containing Magnesium TON G Yan 2qing ,OU YAN G Liu 2zhang (College of Materials Science and Engineering ,South China University of Technology , Guangzhou 510640,Guangdong ,China ) Abstract :Magnesium based alloy is an important type of hydrogen storage materials.This paper reviews the latest progress of the alloys containing magnesium ,such as Mg 2Ni based alloys ,earth 2magnesium 2nickel alloys and mag 2nesium 2rare earth alloys.The alloying mechanism is discussed ,namely the effect of the alloying elements ,the atom 2ic radius and phase structure on the hydrogen storage properties of magnesium based alloys is reviewed.K ey w ords :hydrogen storage alloys ;magnesium 2based alloy ;alloying 基金项目:863资助项目(2006AA05Z133) 作者简介:童燕青,男,博士研究生。E 2mail :tongyq @https://www.doczj.com/doc/a94598622.html, 1 引 言 开发和利用氢能作为二次能源及其相关的能源新技术和新材料已被许多国家列为重点研究内容。高性能和高容量储氢材料的研发对氢能的大规模应用和“氢经济”的实现具有非常关键的作用[1~3]。如对于车用储氢系统,国际能源署(IEA )提出的目标是质量储氢密度大于5%、体积储氢密度大于50kg H 2/m 3,并且放氢温度低于423K ,循环寿命超 过1000次;而美国能源部(DO E )提出的目标是到2010年不低于615%和62kg H 2/m 3,车用储氢系 统的实际储氢能力大于311kg (相当于小汽车行驶500km 所需的燃料)[2]。与高压压缩、液氢和物理吸附等储氢技术相比,利用储氢材料进行固态储氢具有体积储氢密度高和安全性好的优势,但仍需要 进一步提高质量储氢密度和动力学性能。 镁作为一种高容量(716wt %)的储氢材料,兼具储量丰富、低成本和环境友好的特性,因此一直受到研究人员的特别关注。为了克服其脱氢温度高(>573K )和动力学缓慢的缺点,研究人员采用了纳米化、添加催化剂、制备纳米复合材料、表面改性和合金化等多种手段[4,5],这些方法对改善镁的动力学性能效果显著,但Mg H 2的脱氢温度一直受到高形成焓(-74kJ /mol ?H 2)的限制。通过调整储氢合金的成分和结构,合金化有可能降低Mg H 2的形成焓和改善其动力学性能。本文介绍一些镁基储氢合金的最新研究进展,重点在于讨论合金元素、合金相结构对储氢性能的影响规律。

锡基作为锂离子电池负极材料的研究进展

锡基作为锂离子电池负极材料的研究进展 在锂离子电池技术不断发展过程中,以碳为负极的电池具有良好的循环性,技术成熟依然是目前主流的负极材料,但却基本达到了碳的理论容量。不能够进一步满足当代对大容量小体积电池的要求。因此必须开发新的理论容量高的负极材料,在研究过程中出现了不少的代替碳的负极材料。锡基就是其中一种。在1997年,日本的富士公司首先发现了无定形锡基氧化物(TOC)具有很长的循环寿命和较大的可逆容量。此后,在全世界掀起了研究锡基材料的浪潮,开发了多种含锡的材料类型,包括金属锡,锡基氧化物,锡基合金,硫化锡等。 锡基负极材料在锂离子的嵌入和脱出过程中可以形成Sn ,其中的x小于 Li x 4.4。也就是说一个锡原子可以与4.4个锂原子相结合形成合金。从而计算出锂的理论容量大概在990mAh/g,远大于碳基材料(理论容量372mAh/g),这使得锡基作为锂离子电池负极材料具有广大的潜力。但是锡基作为负极材料时锂离子的嵌入和脱出会使体积发生巨大改变。因此需要对锡基材料作进一步的研究,下面会从不同方面的锡基进行综述,来进一步了解锡基材料的优劣性。 2.1金属锡材料及复合材料 锡和锂能够形成Sn 。纯净的Sn作为负极材料时,锂离子的嵌入和脱出 Li 4.4 过程其体积变化率高达100%—300%,而且电极易发生破裂与粉碎,导致电池的可逆容量下降。在Yang S等人[13]的文章中证实了此点,他们制作了厚度为12μm 到15μm的纯锡作为电极的电池。在随后的研究中发现纯锡电极在前15次循环中的容量为600mAh/g,但在下面的循环中迅速降到了100~200mAh/g。X射线研究分析可以看出晶体的尺寸变小了,由此可知以纯锡作为负极材料会发生严重变形。 目前的解决方法主要有两种,一种是将锡可以纳米化并加入碳材料,这一种情况与碳—硅复合材料类似,在上面已经提到过。另一种方法是电镀制备锡薄膜电极。 2.1.1纳米化方法 纳米化的研究中有Wang等人[14]以石墨为分散剂,采用高能机械研磨法

储氢合金的分类与性能

储氢合金的分类与基本性能 储氢合金按组成元素的主要种类分为: 稀土系、钛系、锆系、镁系四大类,按主要组成元素的原子比分为:AB5 型、AB2 型、AB 型、A2B 型, 另外也可按晶态与非晶态, 粉末与薄膜进行分类。 储氢合金基本特征:二元储氢合金(或金属间化合物) 基本上是在1970 年前后相继被发现的. 这些二元储氢合金可分为AB5 型(稀土系合金,如形成LaNi5H6 )、AB2 型(Laves 相合金,如形成ZrV2H4.8 ) 、AB 型(钛系合金,如形成TiFeH1.9) 和A2B 型(镁基合金,如形成Mg2NiH4) .其中A 为氢化物稳定性元素(发热型金属) ,B 为氢化物不稳定性元素(吸热型金属) ,A 原子半径大于B 原子半径. 氢在金属和合金中比液态氢的密度高,氢能够在相对温和的条件下可逆吸放,并且伴随热的释放与吸收. 实验检测和模拟计算证明,氢主要以原子形式存在,部分带有负电荷。 1稀土系储氢合金 稀土系储氢合金以LaNi5 为代表, 可用通式AB5 表示, 具有CaCu5 型六方结构。 性能: 较高的吸氢能力(储氢量高达1.37 重量% ) ,较易活化,对杂质不敏感以及吸脱氢不需高温高压(当释放温度高于40℃时放氢就很迅速) 等优良特性。 应用领域: 是热泵、电池、空调器等应用中的理想候选材料,有很大的应用潜力。 影响元素、改进性能的研究方法: 合金吸氢后晶胞体积膨胀较大, 易粉化, 比表面随之增大, 从而增大合金氧化的机会, 使合金过早失去吸放氢能力。这就使氢镍电池中储氢容量衰减快, 而且价格昂贵。由于纯稀土金属价格昂贵不能满足工业生产的大量需求, 为了降低成本, 人们利用混合稀土(Mm: La、Ce、Nd、Pr)、Ca、Ti 等置换LaNi5 中的部分La, 以Co、A l、M n、Fe、Cr、Cu、Si、Sn 等置换Ni 以改善性能, 开发出多元混合稀土储氢合金。混合稀土储氢合金材料有富铈的和富镧的, 其优点是资源丰富, 成本较低。在混合稀土材料中通常都加入M n, 这样可以扩大储氢材料晶格的吸氢能力, 提高初始容量, 但M n 也比较容易偏析, 生成锰的氧化物, 从而使合金的性质和晶格发生变化,降低吸放氢能力, 缩短寿命。因此, 为了制约M n 的偏析, 以提高储氢合金的性能和寿命, 在混合稀土材料中往往还要添加Co和Al。 2钛系储氢合金

储氢材料

储氢材料 摘要:作为一种新型的清洁能源,氢的廉价制取、安全高效储存与运输及其模型应用,将是今后研究的重点。本文介绍了储氢材料的结构、性能、制 备及应用;展望了储氢材料的发展趋势。 关键字:氢;储氢材料;清洁能源 1引言 随着传统能源的日渐枯竭,致使人类面临着能源、资源和环境危机的严峻挑战,同时人们环保意识的日益增强,开始大力寻找新的洁净能源己成为科研工作的焦点[l]。在这些过程中,氢以其独有的优点逐渐得到人们的公认。氢作为洁净能源具有以下优点:(l) 氢的燃烧产物是水,对环境不产生任何污染;(2) 氢可以通过太阳能、风能等分解水而再生,是可再生能源;(3) 燃烧1g氢放出的热量是等量汽油的3倍左右;(4) 氢资源丰富,可通过水、碳氢化合物等电解或分解生成。由此可见,氢是一种清洁,高效的能源,在未来有着广阔的应用前景。在氢能利用过程中,有两个重要的方面,即氢能的制备和储运。在氢能的制备方面:人类通过利用太阳能光解海水可以制得大量的氢;故氢的储存和运输是其发展和应用中遇到的难点之一。 2 氢的存储标准与现状 “储氢材料”顾名思义是一种能够储存氢的材料。衡量储氢材料性能的标准主要有2个:体积储氢密度(kg/m3)和储氢质量分数(%)。体积储氢密度为系统单位体积内储存氢气的质量,储氢质量分数为系统储存氢气的质量与系统质量的比值。另外,充放氢的可逆性、充放气速率及可循环使用寿命等也是衡量储氢材料性能的重要参数[2]。 和其它物质一样,氢的存在状态也是固态、液态、气态。气态时存储方式较为简单方便,也是目前储存压力低于17MPa氢气的常用方法。但其密度较小,体积大;由于是易燃气体在运输和使用过程中存在安全隐患是该方法的不足之处。液态储氢方法的体积密度高(70kg/m3),但氢气的液化需要冷却到20K的超低温下才能实现,此过程消耗的能量约占所储存氢能的25%~45%。液态氢不仅储存成本高,而且使用条件苛刻,目前只限于在航天技术领域中应用。因此这些传统的储氢方法根本无法满足现代社会对氢能利用的要求。为此世界各国纷纷投人大量精力来解决这一难题。随着研究的深入进展,在储氢材料领域中逐渐出现了多样化,其中最典型的有三大类:金属储氢材料、多孔吸附储氢材料、有机液态储氢材料等。

(完整版)镁基储氢材料发展进展

Mg基储氢材料的进展 一、课题国内外现状 氢能作为一种资源丰富,能量高,干净无污染的二次能源已经引起了人们的极大兴趣[1],随着“氢经济”(以氢为能源而驱动的政治和经济)时代即将来临,氢能成为新世纪的重要二次能源已为科学界所广泛认同。 氢能的发展涉及到很多方面,如氢能技术、工程、生产、运输、储存、经济及利用等,其中储存问题是制约整个氢能系统应用的关键步骤,在已经探明的储存方法中,金属氢化物储氢具有储氢体积密度大、安全性好的优势,比较容易操作,运行成本较低,因此,金属氢化物技术的开发与研究近年来在世界各国掀起极大的热潮。其中,由于Mg密度小(1.74 g/cm3)、储氢能力高(理论上可达到7.6 wt.%)、价格低、储量丰富而使之成为一种很有前途的储氢合金材料。在众多储氢合金中,Mg基储氢合金因其储氢量大且资源丰富,价格低廉,成为最具潜力的储氢材料[2]。 然而,镁及其合金作为储氢材料也存在吸放氢速度慢、温度高及反应动力学性能差等缺点,因而严重阻碍了其实用化的进程。研究表明,将Mg基合金与具有催化活性的添加剂(过渡金属、过渡金属化合物、AB5型储氢合金等)混合球磨制备Mg基合金复合材料是提高Mg基合金吸/放氢性能的有效途径之一。针对上述Mg基储氢复合材料的研究,科研工作人员围绕以下几个方面展开工作: (1) 镁与单质金属复合 在球磨过程中添加其它单质金属元素,特别是过渡金属元素对镁的吸放氢性能有明显的改善作用。用于镁基材料复合的单质金属元素主要包括Pd、Fe、Ni、V、Ti、Co、Mo等。 Milanese等[3]研究了Al、Cu、Fe、Mn、Mo、Sn、Ti、Zn、Zr对镁吸放氢性能的影响,发现A1、Cu、Zn有助于镁的吸放氢,只有Cu能降低MgH2的稳定性,从而使其放氢温度降至270 ℃。Kwon等[4]球磨Mgl0%Ni5%Fe5%Ti混合材料,复合后其在300 ℃、1.2 MPa H2条件下吸收氢,吸氢时间分别为5 min和1 h,吸氢量分别为5.31%(质量分数,下同)和5.51%。初始吸氢速率从200 ℃升到300 ℃时增长较快,但在350 ℃时开始下降,放氢速率从200 ℃升到350 ℃时速度快速增长。他们认为添加的Ni、Fe和Ti元素能够产生活性点,并降低颗粒粒度,从而减少氢原子的扩散距离,形成新的高活性表面。同时,Ni、Fe、Ti也起到活性基点的作用,并能在球磨过程中创造缺陷,这些缺陷可以起到活性基点的作用,产生裂缝并能降低颗粒粒度。Varin等[5]在镁中添加0.5%~2.0%的纳米镍粉进行球磨储氢,结果表明,球磨70 h后,MgH2的粒径只有11~12 nm,当镍的添加量增加到2%时,储氢速率明显加快,球磨15 h,储氢密度就可达到6.0%以上;与MgH2相比,放

镁基储氢材料的性能改进

镁基储氢材料的性能改进 材料1103 班 摘要:镁基储氢材料具有其吸氢量大、成本低、产生氢气纯度高的优点,是很有发展前途的固体储氢材料。但是镁基储氢材料又有吸放氢速度慢、温度高、反应动力学差、易被氧化等缺点,使其在实际应用中受到限制。本文从材料的纳米化、添加催化剂、热处理等方面对提高镁基储氢材料吸放氢性能做了简要的介绍。关键词:镁基储氢材料纳米化催化剂热处理 The Performance Improvement of Magnesium Based Hydrogen Storage Materials Abstract:Mg-based hydrogen storage material is promising for the large amount of hydrogen absorption, the advantages of low cost and highly purified hydrogen . However, the applications of magnesium-based hydrogen storage materials are limited by virtue of its slow absorption, high temperature,poor reaction kinetics, and susceptible to oxidation.In this paper, some brief introductions are made on the performance improvements, such as nano materials, adding catalyst and heat treatment. Key words: Mg-based hydrogen storage; catalyst; nanorized; heat treatment 1、引言 随着工业化进程的发展,能源和环境问题已经成为21世纪面对的重大问题。氢能作为一种新能源,因其资源丰富、无污染等优点而备受关注。近年来使用比较频繁的金属氢化物储氢材料有锆系、镁系、稀土系、钙系、钛系等,其中镁系储氢材料的储氢含量较大,因为金属镁来源广泛且轻便易于运输、储存,价格便宜,但其具有储放氢速度慢工作温度较高不易操作,储放氢的动力学特性较差等问题,改进储氢性能迫在眉睫。本文将从材料的纳米化、添加催化剂、热处理等方面对提高镁基储氢材料吸放氢性能做简要的介绍。 2、材料的纳米化储氢 纳米材料由于具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应以及特殊的热、光学性质, 从而产生了一系列新奇的、许多大颗粒所不具有的物理、化学性质。纳米化后的储氢材料具有许多新的热力学、动力学特征, 如活化性能明显提高,具有更高的氢扩散系统和优良的吸放氢动力学性能]1[。

储氢材料综述

储氢材料研究现状与发展趋势 xxx 摘要:氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键。储氢材料是当今研究的重点课题之一,也是氢的储存和输送过程中的重要载体。本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料,如金属储氢(镁基储氢、Fe-Ti基储氢、金属配位氢化物、钒基固溶体型储氢)、碳基储氢、有机液体储氢等材料,比较了各种储氢材料的优缺点,并指出其发展趋势。 关键字:储氢材料,储氢性能,金属储氢,碳基储氢,有机液体储氢。 1.引言 氢原料来源广泛、无污染且能量转换效率高,是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源之一。氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。氢气燃烧后只产生水和热,是一种理想的清洁能源。氢能利用技术,如氢燃料电池和氢内燃机,可以提供稳定、高效、无污染的动力,在电动汽车等领域有着广泛的应用前景。由于氢能技术在解决人类面临的能源与环境两大方面的重大作用,国内外对氢能技术都有大量资金投入,以加快氢能技术的研发和应用。 氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体,正引起人们的广泛关注。氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视,以期在21世纪中叶进入氢能经济(hydrogeneconomy)时代。氢能的利用需要解决三个问题:氢的制取、储运和应用,而氢能的储运则是氢能利用的瓶颈。氢在正常情况下以气态形式存在、密度最小、且易燃、易爆、易扩散,这给储存和运输带来很大困难。当氢作为一种燃料时,必须具有分散性和间歇性使用的特点,因此必须解决储存和运输问题。储氢和输氢技术要求能量密度大(包含质量储氢密度和体积储氢密度)、能耗少、安全性高。当氢作为车载燃料使用(如燃料电池动力汽车)时,应符合车载状况的要求。对于车用氢气存储系统,国际能源署(IEA)提出的目标是质量储氢密度大于5wt%,体积储氢密度大于50kgH2/m3,并且放氢温度低于423K,循环寿命超过1000次;而美国能源部(DOE)提出的目标是到2010年质量储氢密度不低于6wt%,体积储氢密度大于45kgH2/m3;到2015年上述指标分别达9wt%和81kgH2/m3;到2010年车用储氢系统的实际储氢能力大于3.1kg(相当于小汽车行使500km所需的燃料)。图1给出了目前所采用和正在研究的储氢材料的储氢能力对比。

元素取代法改善镁基储氢合金性能的研究进展

元素取代法改善镁基储氢合金性能的研究进展 袁华堂冯艳宋赫男王一菁 (南开大学新能源材料化学研究所南开-天津大学联合研究院天津 300071) 摘要镁基储氢合金的优点是储氢能力高储量丰富 所以需要对其进行性能的改善 关键词镁基合金储氢元素取代 The Development of Improving on the Characteristics of Magnesium Hydrogen Storage Alloys by Means of Elements Substitution Yuan Huatang, Feng Yan, Song Henan, Wang Yijing (Institute of New Energy Material Chemistry, Nankai University, Unite Institute of Nankai-Tianjin University,Tianjin 300071) Abstract The advantage of magnesium-based hydrogen storage alloys is that they have high hydrogen storage density, low cost and abundant resources. But since these are some drawbacks for use in the aspects of dynamics, thermodynamics and anti-corrupt, it is necessary to improve their propesties. In this paper, the developments of improving on the propesties of Magnesium-based hydrogen storage alloys by means of elements substitution have been reviewed briefly. Key words Magnesium-based hydrogen storage alloys, Hydrogen storage, Elements substitution 在环境问题日益突出的今天氢能是最好的选择[1] óéóúMg密度小(1.74g/cm3) 价格低其典型代表为Mg 2Ni 理论容量为999mAhg-1?a?üμè??????ì1ê?ò??ˉ×°??é? àí??μ?′¢?ao??e ???ùo??eμ??÷òaè±μ?ê?吸放氢速度较慢 (2)镁及其合金的性质活泼在水溶液中易被氧化成Mg(OH) 2?aD?è±μ???3é?a??êμó??ˉμ???°- ?ùò????ˉ′|àíê±Dèòaoü3¤μ?ó?μ??ú 1 镁基合金的合成方法 袁华堂男教授 国家重点研究开发规划项目(G2000026405)国家863计划(2001AA5150) 2003-01-24修回

稀土_镁_镍系储氢电极材料的研究进展

稀土-镁-镍系储氢电极材料的研究进展 Ξ 闫慧忠,孔繁清,韩 莉,熊 玮,孙晓华 (包头稀土研究院,内蒙古 包头 014010) 摘 要: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。 关键词:稀土-镁-镍系;贮氢合金;复合贮氢材料;储氢电极材料 中图分类号:O 614133;T G 139+17 文献标识码:A 文章编号:100420277(2005)0120060207 贮氢合金是20世纪60年代末发现的一类具有高储氢密度的功能材料,从组成上大致可分为四类:稀土系如L aN i 5;镁系如M g 2N i 、M gN i 、L a 2M g 17;钛系如T i N i 、T iFe ;锆系如ZrN i 2。L aN i 5型贮氢合金已实现了产业化,主要用于制作M H N i 电池的负极材料,其理论容量为370mA ?h ?g -1,实际开发的最大容量为320mA ? h ?g -1。由于容量限制,M H N i 电池的应用范围及市场竞争力受到挑战。镁及某些镁基贮氢合金如M g 2N i 、M gN i 、L a 2M g 17等, 由于其储氢量大、重量轻、资源丰富、价格便宜,在开发新型高容量储氢电极材料的过程中引起了广泛的关注,成为该领域的研究热点[1],纯镁及几种镁基贮氢合金与L aN i 5的理论电化学容量如图1所示。 图1 几种贮氢合金理论电化学容量的比较 F ig 11 Co m par ison of idea l electroche m istry capac ities of hydrogen storage a lloys 镁基贮氢合金作为电极材料应用时存在的主要问题是动力学性能较差以及充放电循环中容量衰减快。通过添加改性元素(多元合金体系)、改进制备工艺、表面处理、热处理、机械球磨改性等措施,可在一定程度上解决这些问题。此外,大量的研究表明,通过适当的制备工艺与动力学性能良好的贮氢合金如L aN i 5复合,可明显改善镁基储氢材料的动力学性能,由此获得一类新型稀土-镁-镍系高容量复合储氢电极材料。 1 稀土-镁-镍系多元合金体系 111 三元体系 对三元系合金L a 2M gN i 9,L a 5M g 2N i 23,L a 3M gN i 14储氢特性的研究结果表明,L a 5M g 2N i 23合金负极的放电容量高达410mA ?h ?g -1,比AB 5型合金大113倍。这些三元系合金主要是由超点阵结构中叠层的AB 5和AB 2结构亚单位构成[2]。 速凝M g 2N i 2R E (R E =Y 或富Ce ,富L a 的混合稀土金属M m )合金淬火后呈非晶态或纳米晶 非晶态,即平均尺寸3nm 的纳米晶置于大量非晶相中,M g 76N i 19Y 5和M g 78N i 18Y 4合金与M g 75N i 20M m 5比较,M m 比Y 对储氢容量产生更有利的影响,这些合金的结晶化经过亚稳态的面心立方M g 6N i 相转变成纳米晶材料[3]。T anaka 等[4]测定了速凝法制备的非晶态和纳米晶结构的晶态M g 2N i 2R E (R E = 第26卷第1期2005年2月 稀 土Ch inese R are Earth s V o l .26,N o.1 Feb ruary 2005 Ξ收稿日期:2004204208 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20363001);内蒙古自然科学基金资助项目(200308020215) 作者简介:闫慧忠(19622),男,内蒙古乌拉特前旗人,在读博士,高级工程师,研究方向为储氢材料的制备和研究。

负极材料综述

锂电负极材料综述 1、概述 锂电负极材料需具备可逆地脱/嵌锂离子,这类材料要求具有以下要求: ①正负极的电化学位差大,从而可获得高功率电池; ②锂离子的嵌入反应自由能变化小; ③锂离子的可逆容量大,理离子嵌入量的多少对电极电位影响不大,这样可以保证电池稳定的工作电压; ④高度可逆嵌入反应,良好的电导率,热力学稳定的同时还不与电解质发生反应; ⑤循环性好,具有较长循环寿命; ⑥锂离子在负极的固态结构中具有高扩散速率; ⑦材料的结构稳定、制作工艺简单、成本低。 2、负极材料介绍 目前锂离子二次电池的负极材料主要有两大类:碳负极材料和非碳(金属氧化物)材料。 2.1 碳负极材料 碳材料对锂的电位比较低,一般小于1V,是较理想的负极材料,也是人们探索研究最多的一种材料,目前己商业化的锂离子电池所用的负极材料几乎均是碳材料。

锂电池中具实用价值和应用前景的碳主要有三种:(1)高度石墨化的碳;(2)软碳和硬碳;(3)碳纳米材料。 2.1.1石墨类碳负极材料 石墨类碳负极材料具有以下特点:导电性好,结晶度较高,具有良好的层状结构,适合锂的嵌入脱嵌;充放电比容量可达300 mAh/g 以上,充放电效率在90%以上,不可逆容量低于50 mAh/g;锂在石墨中脱嵌反应发生在0~0.25V左右(Vs.Li+/Li),具有良好的充放电电位平台。它分为人造石墨和天然石墨。 石墨类负极材料具体分类图 人造石墨是将易石墨化炭(如沥青焦炭)在N2气氛中于1900~2800℃经高温石墨化处理制得。常见人造石墨有中间相碳微球(MCMB)、石墨化碳纤维。MCMB的优点:球状颗粒,便于紧密堆积可制成高密度电极;光滑的表面,低比表面积,可逆容量高;球形片层结构,便于锂离子在球的各个方向迁出,可以大倍率充放电。应用

镁基储氢材料

镁系储氢合金综述 08材控薛凯琳 摘要:镁与镁基合金具有储氢量大,质量小,资源丰富,价格低廉等优点,受到人们的广泛关注。本文介绍了镁系储氢合金的工艺、性能、应用及发展。 关键词:储氢材料,镁基合金,储氢性能,材料复合,镁基化合物 前言氢能是最清洁且储量丰富的能源,储氢材料的发展及应用对环境保护和能源开发有着重要的意义。镁基储氢合金是最有潜力的金属氢化物储氢材料,近年来已引起世界各国的广泛关注。镁及其合金作为储氢材料,具有以下几个特点:(1)储氢容量很高,MgH2的含氢量达到7.6(wt)% ,而Mg2NiH4的含氢量也达到3.6(wt)%;(2)镁是地壳中含量为第六位的金属元素,价格低廉,资源丰富;(3)吸放氢平台好;(4)无污这些缺点严重阻碍了镁染。但镁及其合金作为储氢材料也存在三个缺点:(1)吸放氢速度较慢,反应动力学性能差;(2)氢化物较稳定,释氢需要较高的温度;(3)镁及其合金的表面容易形成一层致密的氧化膜。以上基储氢合金的实用化进程。近年来,镁基复合储氢材料的研究取得了明显突破,本文简要介绍镁基复合储氢材料吸放氢性能的改善。 1 镁基储氢材料体系 最早开始研究镁基储氢材料的是美国布鲁克-海文国家实验室, Reilly和Wiswall在1968年首先以镁和镍混合熔炼而成Mg2Ni合金。后来随着机械合金化制备方法的出现,揭开了大规模研究镁基储氢材料的序幕。据不完全统计,到目前为止人们研究了近1 000多种重要的镁基储氢材料,几乎包括了元素周期表中所有稳定金属元素和一些放射性元素与镁组成的储氢材料。通过研究,发现这些镁基储氢材料可以分为单质镁储氢材料、镁基储氢合金和镁基储氢复合材料三大类。 1.1 单质镁储氢材料 镁可直接与氢反应,在300~400℃和较高的氢压下,反应生成MgH2: Mg+H2=MgH2 , △H=-74.6 kJ/mol 。 MgH2理论氢含量可达7.6%,具有金红石结构,性能较稳定,在287℃时的分解压为101. 3 kPa。因为纯镁的吸放氢反应动力学性能差,吸放氢温度高,所以纯镁很少被用来储存氢气。随着材料合成手段的不断发展,特别是机械合金化制备工艺的日益成熟,研究人员对单质镁储氢材料进行了新的研究。 1.2 镁基储氢合金 到目前为止,人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。其中最具有代表性的是Mg-Ni系储氢合金,许多研究者围绕这一系列合金开展了大量的研究工作。在制备方法上,主要研究了熔炼法、粉末烧结法、扩散法、机械合金化法和氢化燃烧合成法等,并且对镁基储氢合金采用表面处理和热处理来进一步提高其动力学性能和循环寿命。 1.2.1 Mg-Ni系储氢合金 在Mg与Ni形成的合金体系中存在2种金属间化合物Mg2Ni和MgNi2,其中MgNi2不与氢气发生反应。Mg2Ni在一定条件下(1.4MPa、约200℃)与氢反应生成Mg2NiH4,反应方程式如下: Mg2Ni+2H2=Mg2NiH4,△H=-64.5 kJ/mol 。 反应生成的氢化物中氢含量为3.6%,其离解压为0.1MPa、离解温度为253℃。Mg2Ni理论电化学容量为999 mA·h·g- 1,但其形成的氢化物在室温下较稳定而不易脱氢。且与强碱性电解液(6 mol·L-1的KOH)接触后,合金表面易形成Mg(OH)2,阻止了电解液与合金表面的氢交换、氢转移和氢向合金体内扩散,致使Mg2Ni的实际电化学容量、循环寿命差。 1.2.2 镁与其它元素组成的镁基储氢合金 除了Mg-Ni系储氢合金以外,研究者们研究得比较多的还有Mg-Al系以及Mg-La系储氢合

镁基储氢材料

镁系储氢合金综述 摘要:镁与镁基合金具有储氢量大,质量小,资源丰富,价格低廉等优点,受到人们的广泛关注。本文介绍了镁系储氢合金的工艺、性能、应用及发展。 关键词:储氢材料,镁基合金,储氢性能,材料复合,镁基化合物 前言氢能是最清洁且储量丰富的能源,储氢材料的发展及应用对环境保护和能源开发有着重要的意义。镁基储氢合金是最有潜力的金属氢化物储氢材料,近年来已引起世界各国的广泛关注。镁及其合金作为储氢材料,具有以下几个特点:(1)储氢容量很高,MgH2的含氢量达到7.6(wt)% ,而Mg2NiH4的含氢量也达到3.6(wt)%;(2)镁是地壳中含量为第六位的金属元素,价格低廉,资源丰富;(3)吸放氢平台好;(4)无污这些缺点严重阻碍了镁染。但镁及其合金作为储氢材料也存在三个缺点:(1)吸放氢速度较慢,反应动力学性能差;(2)氢化物较稳定,释氢需要较高的温度;(3)镁及其合金的表面容易形成一层致密的氧化膜。以上基储氢合金的实用化进程。近年来,镁基复合储氢材料的研究取得了明显突破,本文简要介绍镁基复合储氢材料吸放氢性能的改善。 1 镁基储氢材料体系 最早开始研究镁基储氢材料的是美国布鲁克-海文国家实验室, Reilly和Wiswall在1968年首先以镁和镍混合熔炼而成Mg2Ni合金。后来随着机械合金化制备方法的出现,揭开了大规模研究镁基储氢材料的序幕。据不完全统计,到目前为止人们研究了近1 000多种重要的镁基储氢材料,几乎包括了元素周期表中所有稳定金属元素和一些放射性元素与镁组成的储氢材料。通过研究,发现这些镁基储氢材料可以分为单质镁储氢材料、镁基储氢合金和镁基储氢复合材料三大类。 1.1 单质镁储氢材料 镁可直接与氢反应,在300~400℃和较高的氢压下,反应生成MgH2: Mg+H2=MgH2 , △H=-74.6 kJ/mol 。 MgH2理论氢含量可达7.6%,具有金红石结构,性能较稳定,在287℃时的分解压为101. 3 kPa。因为纯镁的吸放氢反应动力学性能差,吸放氢温度高,所以纯镁很少被用来储存氢气。随着材料合成手段的不断发展,特别是机械合金化制备工艺的日益成熟,研究人员对单质镁储氢材料进行了新的研究。 1.2 镁基储氢合金 到目前为止,人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。其中最具有代表性的是Mg-Ni系储氢合金,许多研究者围绕这一系列合金开展了大量的研究工作。在制备方法上,主要研究了熔炼法、粉末烧结法、扩散法、机械合金化法和氢化燃烧合成法等,并且对镁基储氢合金采用表面处理和热处理来进一步提高其动力学性能和循环寿命。 1.2.1 Mg-Ni系储氢合金 在Mg与Ni形成的合金体系中存在2种金属间化合物Mg2Ni和MgNi2,其中MgNi2不与氢气发生反应。Mg2Ni在一定条件下(1.4MPa、约200℃)与氢反应生成Mg2NiH4,反应方程式如下: Mg2Ni+2H2=Mg2NiH4,△H=-64.5 kJ/mol 。 反应生成的氢化物中氢含量为3.6%,其离解压为0.1MPa、离解温度为253℃。Mg2Ni理论电化学容量为999 mA·h·g- 1,但其形成的氢化物在室温下较稳定而不易脱氢。且与强碱性电解液(6 mol·L-1的KOH)接触后,合金表面易形成Mg(OH)2,阻止了电解液与合金表面的氢交换、氢转移和氢向合金体内扩散,致使Mg2Ni的实际电化学容量、循环寿命差。 1.2.2 镁与其它元素组成的镁基储氢合金 除了Mg-Ni系储氢合金以外,研究者们研究得比较多的还有Mg-Al系以及Mg-La系储氢合

储氢合金

储氢合金 由于石油和煤炭的储量有限,而且在使用过程中会带来环境污染等问题,使氢能作为新的清洁燃料成为研究热点。在氢能利用过程中,氢的储运是重要环节,而储氢合金顾名思义就是用于储运氢的。 储氢合金是由两种特定金属构成的合金,其中一种可以大量吸氢,形成稳定的氢化物,而另一种金属虽然与氢的亲和力小,但氢很容易在其中移动。Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等属于第一种金属,控制储氢量;Fe、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等属于第二种金属,控制释放氢的可逆性。通过合理配制,调节合金的吸放氢性能,制得在室温下能够可逆吸放氢的较理想的储氢材料。别看储氢合金的金属原子之间缝隙不大,但储氢本领却比氢气瓶的本领可大多了,具体来说,相当于储氢钢瓶重量1/3的储氢合金,其体积不到钢瓶体积的1/10,但储氢量却是相同温度和压力条件下气态氢的1000倍。采用储氢合金来储氢,不仅具有储氢量大、能耗低,工作压力低、使用方便的特点,而且可免去庞大的钢制容器,从而使存储和运输方便而且安全。 目前储氢合金主要包括有钛系、锆系、铁系及稀土系储氢合金。 那么这种合金又是如何发展得来的呢? 20世纪60年代,材料王国里出现了能储存氢的金属和合金,统称为储氢合金(hydrogen storage metal),这些金属或合金具有很强的捕捉氢的能力,它可以在一定的温度和压力条件下,氢分子在合金(或金属)中先分解成单个的原子,而这些氢原子便“见缝插针”般地进入合金原子之间的缝隙中,并与合金进行化学反应生成金属氢化物(metal hydrides),外在表现为大量“吸收”氢气,同时放出大量热量。而当对这些金属氢化物进行加热时,它们又会发生分解反应,氢原子又能结合成氢分子释放出来,而且伴随有明显的吸热效应。 20世纪70年代,LaNi5和Mg2Ni在荷兰Philips与美国Brookhaven 实验室相继被发现具有可逆的吸放氢能力并伴随的一系列物理化学机理变化。1973年起,LaNi5开始被试图作为二次电池负极材料采用,但由于其循环性能较差,未能成功。1984年,荷兰Philips公司成功解决了LaNi5合金在循环中的容量衰减问题,为MH/Ni电池发展扫清了最后一个障碍。 目前储氢合金主要用于氢气分离、回收和净化;制冷或采暖;制镍氢充电电池。 化学工业、石油精制以及冶金工业生产中,通常有大量的含氢尾气排出,含氢量有些达到50~60%,而目前多是采用排空或者白白的燃烧处理。因此,对这部分加以回收利用,在经济上有巨大的意义。另外,集成电路、半导体器件、电子材料和光纤等产业中,需要超高纯氢体。利用储氢合金对氢原子有特殊的亲和力,而对其他气体杂质择优排斥的特性,即利用储氢合金具有只选择吸收氢和捕获不纯杂质的功能,不但可以回收废气中的

镁基储氢材料的研究进展与发展趋势

*教育部博士点基金(20020530012)项目;教育部科技重点(104139)资助项目 张健:男,1980年生,博士生,主要研究方向:镁基储氢材料的设计与计算 周惦武:通讯联系人 E mail:ZDW e_mail@https://www.doczj.com/doc/a94598622.html, 镁基储氢材料的研究进展与发展趋势 * 张 健1,2,周惦武1,3,刘金水2,张楚慧1 (1 湖南大学汽车车身先进设计与制造国家重点实验室,长沙410082;2 湖南大学材料科学 与工程学院,长沙410082;3 湖南大学机械与汽车工程学院,长沙410082) 摘要 对近年来镁基储氢材料的研究开发概况、制备技术以及应用研究等方面进行了系统阐述,分析了影响镁基储氢材料储氢性能的主要因素,总结了采用机械合金化法、储氢合金组元部分替代、添加催化剂制成复合材料及表面改性等方法可以有效改善储氢性能,并对镁基储氢材料研究中存在的问题以及今后的发展方向进行了探讨与展望。 关键词 镁基储氢材料 储氢性能 机械合金化 复合材料 催化剂中图分类号:T G139.7 文献标识码:A Research Advancement and Development Trend of Mg based Hydogen Storage Material ZH ANG Jian 1,2,ZH OU Dianw u 1,3,LIU Jinshui 2,ZHANG Chuhui 1 (1 State K ey L abo rato ry of A dv anced Design and M anufact ur ing fo r V ehicle Body,H unan U niver sity ,Chang sha 410082; 2 Schoo l of M ateria ls Science and Engineer ing ,H unan U niver sity ,Chang sha 410082; 3 Scho ol of M achine and A uto mobile Eng ineer ing,Hunan U niversit y,Changsha 410082) Abstract T he r esea rch histo ry ,preparat ion technolog ies and applications of M g based hy dr og en sto rag e ma ter ials in t he r ecent years are ex patiated systematically ,and the factor s affecting hydro gen sto rage pro per ties o f M g based hy dr og en sto rag e materials are analyzed.I t is summarized that ado pting mechanical alloy ing method,pa rtially substituting co nstit uents of hy dr og en storag e a lloys,adding catalysts and surface modification ar e mo re effective ap pr oaches to improv ing hydrog enation pr operties.In addition,the pivo tal pro blems in these researches are discussed and the development tr end in the fut ur e is pr oposed. Key words M g based hy dr og en stor age material,hydro gen st orag e pr operties,mechanical alloy ing,com po s ite materia ls,catalysts 镁基储氢材料由于具有储氢量大、原料丰富、价格低廉及重量轻等优点,有着非常广阔的应用前景,尤其作为M H N i 电池的负极候选材料,可用于生产高容量的电池,极有可能成为商业化L aNi 5的取代者,是一种最具发展前途的储氢材料。然而,较高的解氢温度以及相对较慢的吸放氢动力学使其实际应用受到限制。为了克服这些缺点,长期以来人们做了大量的改性研究,综合考虑影响镁基储氢材料储氢性能的因素,在新制备技术和改性方法的基础上,研究开发出了一系列具有优异吸放氢性能的镁基储氢材料。本文简单介绍了近年来镁基储氢材料的研究开发及应用状况,并对其存在的问题和发展方向进行了探讨。 1 镁基储氢材料的历史研究概况 镁基储氢材料的研究最早是由美国Bro okhaven 国家实验室的Reilly 等[1]首先以镁和镍以熔炼的方法制成了M g 2N i 合金。该合金在2M P a 、300 下能与氢反应生成M g 2N iH 4,分解压为0.101M P a 时的温度为253 ,解氢温度比纯镁明显降低,而且镍的加入对镁氢化物的形成起催化作用,加快了氢化反应速度。此后,人们就开始了大规模镁基储氢材料的研究。1987年Ivanov 等[2]利用机械合金化的方法成功制备了M g 2N i 合金, 从而促进了镁基储氢材料的迅速发展。利用机械合金化法可以制备出纳米晶、准晶及非晶等结构的合金,为氢在材料表面的吸附和扩散提供了更多的新鲜表面和通道,降低了吸放氢反应的活化能,极大地改善了镁基储氢材料的吸放氢性能。后来在M g 2N i 合金中添加了第三种元素M ,部分取代M g 或Ni,发现第三组元的添加可以降低氢化物的生成焓、改善储氢性能、降低放氢温度,由此开发出了一系列性能优异的多元镁基储氢合金。 除M g N i 合金体系外,人们对不含有镍的镁基储氢材料也进行了大量的研究,研究范围几乎涉及到全部的金属元素和少量的非金属元素,比较有代表性的有M g A l 系和M g La 系。近几年来,随着机械合金化手段的日益成熟,人们把工作重点放在了镁基储氢复合材料的研究上。此类材料的特点是将某一种单质或化合物复合在镁颗粒表面,起到吸放氢催化剂的作用,加快吸放氢的速度,降低其放氢温度。到目前为止,已经研究过的储氢材料超过了1000多种。 2 镁基储氢材料的改性研究 对于重量轻、吸氢量大、价格低廉的镁基储氢材料,较高的解氢温度和相对较慢的吸放氢动力学性能一直是影响其广泛应

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