镁镍储氢合金的氢化燃烧制备技术及掺杂改性研究

论文摘要

储氢材料是伴随着能源危机的加深和环境保护意识的加强在最近二三十年才发展起来的新型功能材料。在常见储氢合金中,镁基储氢合金是唯一储氢量大于3.0wt%的储氢材料,被认为是在燃料电池、燃氢汽车用的最有前途的储氢合金材料。因此镁基储氢合金成为该领域最近几年各国研究开发的热点。本文采用近年发展起来的氢化燃烧合成（HCS）新方法,利用XRD、SEM、DSC-TG等分析测试手段,较全面系统地开展了如下研究:研究了氢化燃烧工艺参数、不同的制样方式及镍含量对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响;研究了掺铜、钛、镧系金属对氢化燃烧合成镁镍储氢合金工艺参数的影响;通过cellcale晶胞参数计算软件计算了掺杂后Mg2NiH4晶胞参数的变化;分析探讨了掺杂使镁镍储氢合金放氢温度降低、动力学性能改善的原因和机理;以镁带为原料,采用机械碾压法制备了厚约50μm的镁薄片,经过表面氟化处理,考察了镁薄片的储氢性能;对镁薄片表面进行了化学镀Ni处理,采用氢化燃烧合成法制备了镁镍储氢合金薄片,研究了镁镍储氢合金薄片的储氢性能;等。实验得出,氢压为2MPa、620℃保温时间为90min时,镁粉、镍粉直接氢化燃烧合成的试样,放氢量2.39 wt %;掺铜（Mg:Ni:Cu为2:0.75:0.25/mol）,在2MPa氢压、600℃保温5h的试样,放氢量为2.92wt%;掺钛（Mg:Ni:Ti为1.75:1:0.25/mol）,在2MPa氢压、600℃保温4h的试样,放氢量为2.43 wt %;掺镧系金属（Mg:Ni:REM为40:50:10/wt%）,在2MPa氢压、600℃保温4h的试样,放氢量为3.21 wt %。这里得出的最高放氢量为3.21 wt %,与镁镍储氢合金的理论储氢

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Abstract

第一章镁镍储氢合金研究概述

1.1 储氢材料研究的重要性

1.2 储氢方法简介

1.3 储氢合金

1.3.1 储氢合金的理论基础

1.3.2 储氢合金的研究概况

1.3.3 储氢合金的应用

1.4 镁镍储氢合金的研究进展

2储氢体系'>1.4.1 Mg-H₂储氢体系

1.4.2 镁镍储氢合金的结构与性质

1.4.3 镁镍三元及多元合金储氢合金

1.4.4 镁镍储氢合金的制备方法

1.5 氢化燃烧合成镁镍储氢合金的研究进展

1.5.1 氢化燃烧合成镁镍储氢合金的原理

1.5.2 镁镍储氢合金的氢化燃烧合成反应机理

1.5.3 氢化燃烧合成镁镍储氢合金的特点

1.5.4 氢化燃烧合成镁镍储氢合金的研究进展

1.6 本章小结

第二章本论文选题及主要研究内容

2.1 选题依据

2.2 主要研究内容

第三章氢化燃烧合成装置的设计制作和放氢测量方法

3.1 氢化燃烧合成的设计与制作

3.1.1 设备的组成

3.1.2 温度控制系统与测量系统的校正

3.2 放氢测量方法

第四章工艺及参数对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响

2Ni合成'>4.1 氩气气氛下的Mg₂Ni合成

4.1.1 实验

4.1.2 结果与讨论

2NiH₄的影响'>4.2 工艺参数对氢化燃烧合成Mg₂NiH₄的影响

4.2.1 实验

4.2.2 结果与讨论

4.3 不同氢化物的DSC-TG 分析

2NiH₄的影响'>4.4 不同制样方式对氢化燃烧合成Mg₂NiH₄的影响

4.4.1 实验

4.4.2 结果与讨论

2NiH₄的影响'>4.5 不同镍含量对氢化燃烧合成Mg₂NiH₄的影响

4.5.1 实验

4.5.2 结果与讨论

4.6 本章小结

第五章掺杂对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响

5.1 掺铜对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响

5.1.1 实验

5.1.2 结果与讨论

5.2 掺钛对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响

5.2.1 实验

5.2.2 结果与讨论

5.3 掺镧系金属对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响

5.3.1 实验

5.3.2 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章氢化燃烧制备镁镍储氢合金薄片

6.1 机械碾压法制备镁储氢合金薄片

6.1.1 实验

6.1.2 结果与讨论

6.2 镁薄片化学镀Ni-Cu-P 的工艺研究

6.2.1 实验

6.2.2 结果与讨论

6.3 氢化燃烧制备镁镍储氢合金薄片

6.3.1 实验

6.3.2 结果与讨论

6.4 本章小节

第七章本文研究成果及对进一步开展研究的建议

7.1 本论文研究成果

7.2 本论文创新点

7.3 对进一步开展该方面研究的建议

参考文献

附图

作者在攻读博士学位期间发表的主要论文

致谢

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