二十一世纪对材料提出的新的要求

轻质、高强度、绿色

资源：可持续发展；

环境：可回收，减少污染,绿色材料；

交通运输行业：减重、节能、降低排放；

航空航天：轻量化；

其它（通信、计算机、消费类电子）产品：轻量化、小型化、高集成化

氢能是一种很好的新能源，氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽，不存在枯竭问题，氢的热值高，燃烧产物是水，零排放，无污染 ，可循环利用。

目前，开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是关键。现在主流的三种贮存方式有气态、液化和固态储氢。

气态储氢的劣势：

1)      能量密度低

2)      不太安全

液化储氢的不足：

1)      能耗高

2)      对储罐绝热性能要求高

固态储氢的优势：

1)      体积储氢容量高

2)      无需高压及隔热容器

3)      安全性好，无爆炸危险

4)      可得到高纯氢，提高氢的附加值

由于固态储氢有很多优势，因此研究的也比较多。其中镁基合金储氢有很大前景。

镁基储氢材料的分类有

1）单质镁储氢材料

2）镁基储氢复合材料

3）镁基储氢合金

单质与氢反应条件：300-400℃、较高的氢压下 Mg+H?=MgH?，?H=-74.6KJ/mol。

Mg和氢反应的四个过程：

l       1）氢分子在金属镁表面分解、吸附

l       2）吸附的氢越过固相界面在镁中扩散

l       3）在金属镁内部形成含氢固溶体

l       4）氢浓度达到一定值时发生相变生成MgH?

MgH?：

     理论氢含量为7.6%（质量分数）

     具有金红石结构，性能较稳定

     287℃的分解压为101.3KPa

我主要研究的镁基储氢合金：Mg-Ni系合金

Mg-Ni系合金的优点：

具有高的储氢容量、资源丰富和良好的吸放氢平台

目前要解决的问题：

1）吸放氢速度慢，反应动力学性能差；

2）氢化物较稳定，放氢需较高温度；

3）用作二次化学电源负极材料时易腐蚀而导致循环稳定性差。

改善Mg-Ni系合金储氢性能的方法：

1）调节合金本体的元素组分

2）改善合金粉体表面结构

3）发展新的合金制备方法

Mg-Ni系合金A、B两侧的元素构成：

l       A侧元素与氢的反应为放热反应

        ?H<0，称为放热型金属

        氢在其中的溶解度随温度的上升而减小

        A侧元素控制储氢合金的储氢量

l       B侧元素与氢反应为吸热反应

        ?H>0 ，称为吸热型金属

        氢的溶解度随温度上升而增大

        B侧元素控制储氢合金吸收氢的可逆性，起到调节生成热（?H）与金属氢化物分解压力的作用

Mg-Ni系合金A、B侧的元素取代：

调节合金本体的元素组分主要是通过对其中元素的部分替代

A侧原子的取代：

    Ti、Al、Ca、Zr、Re等部分替代Mg

B侧原子的取代：

    Mn、Fe、Cr、Zn、Cu等部分替代Ni

机械合金化（MA）制备Mg-Ni系合金：

新的合金制备方法:

     机械合金化(MA)，也即球磨法。

机械合金化（球磨法）对合金的影响因素：

    1）球磨机转速

    2）球料比（R）

    3）球磨时间

储氢合金的展望：

Mg-Ni系储氢合金是何有发展前途的储氢材料之一，但其存在放氢温度高、反复充放氢后的循环稳定性差等缺点，从而限制了实际应用。采用元素取代，结合机械合金化进行改性是以中根本而有效的途径。

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自苏鹤祥科学网博客。
链接地址：https://blog.sciencenet.cn/blog-302739-346440.html

上一篇：走上材料之路