论文题目: 钒基固溶体贮氢材料的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 李荣
导师: 周上祺,陈昌国
关键词: 钒基固溶体贮氢合金,自蔓延高温合成法,组织结构,电化学性能,吸放氢机理,电子结构,量子化学方法
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 钒基固溶体贮氢合金作为一种新型的贮氢材料，具有可逆贮氢量大（3.8wt％），氢在合金中的扩散速度较快等优点，具有广阔的发展前途。但用纯金属钒等为原料，真空感应炉或真空电弧炉熔炼，合金的成本高，限制了其应用。本文一方面以价格相对低廉的V2O5和NH4VO3为主要原料，用自蔓延高温合成法制备钒基固溶体合金，对综合利用我国西部丰富钒钛资源具有重要的经济意义。另一方面利用量子化学DV-Xα方法系统地研究钒氢化物VHx及其合金化V51M12H64的电子结构，所得结果，对钒基固溶体贮氢合金的优化设计，具有重要的理论指导意义。 通过理论计算V2O5—TiO2—Ni—Al和NH4VO3—TiO2—Ni—Al体系进行自蔓延高温合成反应的绝热温度和单位质量反应热，证明两个体系都能进行自蔓延高温合成反应。经过多次实验，得到了制备钒基固溶体贮氢合金V3TiNi0.56Al0.2的各原料的配比，且用自蔓延高温合成法制备了V3TiNi0.56Al0.2及V3TiNi0.56Al0.2Crx（x=0.1，0.2，0.3）贮氢合金。 实验表明，用V2O5—TiO2—Ni—Al和NH4VO3—TiO2—Ni—Al体系进行自蔓延高温合成法制备的钒基固溶体型贮氢合金V3TiNi0.56Al0.2的组织结构与用纯金属真空感应熔炼制备的贮氢合金V3TiNi0.56Al0.2的组织结构基本一致，主要物相为钒基固溶体，TiNi相分布在晶界上。活化2次后，在60mA／g的电流密度下，自蔓延高温合成法制备的V3TiNi0.56Al0.2合金最大放电容量为350mAh／g。但循环性能差，充放电10次以后的容量降至60mAh／g以下，氢的扩散系数小，DH=1.424×10-12cm2／s。 经1173K×4h和1573K×4h热处理后V3TiNi0.56Al0.2贮氢合金仍由钒基固溶体相和TiNi相所组成。热处理提高了合金成分的均匀性。随着热处理温度的提高，钒基固溶体相的晶胞参数和晶胞体积均增加；合金的最大放电容量提高到了375mAh／g，合金中氢的扩散系数稍微增大(DH=3.1×10-11cm2／s)。真空熔炼后的V3TiNi0.56Al0.2合金的最大放电容量为330mAh／g，比铸态合金的最大放电容量略低。活化次数增加为4次。但真空熔炼后合金的循环稳定性得到了改善，循环15次以后，V3TiNi0.56Al0.2合金放电还有200mAh．g-1，氢的扩散系数大，DH=3.13×10-8cm2／s。这与真空熔炼后合金中第二相的数量增加，合金中主相的点阵常数增大，组织更加均匀和杂质量减少等有关。 自蔓延高温制备的V3TiNi0.56Al0.2Crx（x=0.1，0.2，0.3）合金中，当x=0.1，0.2时，合金由V基固溶体和TiNi相组成；当x=0.3时，合金由V基固溶体相和具有六方结构的C14型Laves相组成。随合金含Cr量的增加，V基固溶体相的数量减少，Laves
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 氢能利用的意义
1.2 氢能技术
1.3 贮氢材料的研究概况
1.3.1 有机液体贮氢材料
1.3.2 非金属贮氢材料
1.3.3 金属贮氢材料
1.3.4 金属的贮氢原理
1.4 钒基固溶体贮氢材料的研究进展
1.4.1 钒基固溶体贮氢材料的电化学性能研究
1.4.2 钒基固溶体合金的制备方法
1.5 钒基固溶体贮氢材料吸放氢过程的量子化学研究
1.5.1 贮氢合金吸放氢过程的研究进展
1.5.2 量子化学离散变分X_α方法概述
1.6 本文研究的意义、内容及创新点
1.6.1 本文研究的意义
1.6.2 本文研究的内容
1.6.3 本文研究工作的创新点
2 实验方法
2.1 样品制备
2.1.1 合金样品制备
2.1.2 合金样品的热处理
2.1.3 电极样品制备
2.2 物理性能的测量
2.2.1 晶体结构
2.2.2 表面形貌
2.3 P-C-T曲线
2.4 TG与DSC曲线
2.5 电化学性能测试
2.5.1 活化性能
2.5.2 高倍率性能
2.5.3 循环稳定性
2.6 氢的扩散系数
3 钒基固溶体贮氢材料的自蔓延高温合成
3.1 自蔓延高温合成法
3.2 钒基固溶体贮氢材料V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)的自蔓延高温合成热力学分析
3.2.1 绝热温度的计算
3.2.2 单位质量反应热(q)
3.2.3 热力学分析
3.3 钒基固溶体型贮氢材料的自蔓延高温合成
3.3.1 燃烧合成制备试验
3.3.2 原料的选用与处理
3.3.3 反应器的设计与制作
3.3.4 配料与混料
3.3.5 燃烧合成过程
3.3.6 试验结果及分析
3.4 本章小结
4 钒基固溶体贮氢材料V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)的结构和电化学性能
4.1 V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的组织结构与电化学性能
4.1.1 V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的相结构
4.1.2 V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的组织
4.1.3 V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)的电化学性能
4.2 热处理V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的组织结构与电化学性能
4.2.1 热处理V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的相结构
4.2.2 热处理V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的组织
4.2.3 热处理V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)的电化学性能
4.3 真空熔炼V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的组织结构与电化学性能
4.3.1 真空熔炼后V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的相结构
4.3.2 真空熔炼后V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的组织
4.3.3 真空熔炼后V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)合金的电化学性能
4.4 本章小结
5 钒基固溶体贮氢材料V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)Cr_x的结构与电化学性能
5.1 V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)Cr_x(x=0.1-0.3)合金的组织结构
5.2 V_3TiNi_(0.56)Al_(0.2)Cr_x(x=0.1,0.2,0.3)的电化学性能
5.2.1 活化性能和最大放电容量
5.2.2 高倍率放电性能
5.2.3 循环稳定性和氢的扩散系数
5.3 本章小结
6 钒基固溶体贮氢材料吸放氢过程的电化学研究
6.1 钒基固溶体贮氢材料吸放氢后的组织结构变化
6.2 钒基固溶体贮氢材料吸放氢的循环伏安研究
6.3 本章小结
7 钒基固溶体贮氢材料吸放氢过程的量子化学研究
7.1 氢化物VH_x(x=0,1,2)电子结构的量子化学研究
7.1.1 模型与方法
7.1.2 结果与讨论
7.1.3 结论
7.2 钒基固溶体贮氢材料吸放氢反应过程的量子化学研究
7.2.1 结构模型
7.2.2 结果与讨论
7.2.3 结论
7.3 吸热型金属的加入对钒基固溶体贮氢材料电子结构的影响
7.3.1 计算模型
7.3.2 结果与讨论
7.3.3 结论
7.4 放热型金属的加入对钒基固溶体贮氢材料电子结构的影响
7.4.1 计算模型
7.4.2 结果与讨论
7.4.3 结论
7.5 本章小结
8 结论
致谢
参考文献
附录
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2006-12-05
参考文献
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