论文题目: 用于金属氢化物化学氢压缩的储氢合金的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料学
作者: 张琰
导师: 陈长聘,王新华
关键词: 型储氢合金,型储氢合金,型储氢合金,储氢性能,晶体结构,氢压缩
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文在全面综述国内外有关金属氢化物压缩机及化学热压缩储氢材料研究进展的基础上，确定了以AB5型混合稀土系、AB2型Ti基、AB型TiFe基合金三类典型储氢合金为研究对象，以多元合金元素和A侧过化学计量及B侧添加微量元素为主要技术线路，设计了Mm（1-x-y）Mlx（CaCu）yNi（5-x）Mx（M=Mn、Al）、Ti1+xCr1.2Mn0.8-yMy（M=Fe、Ni、Cu、VFe）和Ti1.1Fe+5wt．％M（M=Mg、Ca、Ml）合金系列。系统研究了这些合金的晶体结构、储氢性能以及压缩特性。研制出若干具有良好储氢性能的金属氢化物压缩材料。XRD衍射分析表明，AB5Mm（1-x-y）Mlx（CaCu）yNi（5-x）Mx（M=Mn、Ml）合金系列具有相同的晶体结构，都为CaCu5型六方晶体，没有第二相产生。不同稀土元素及其含量对合金晶体结构参数有明显影响。Ce/La组分比增加，晶胞参数c/a随之增加，并且呈线性变化。Ml、Ca、Cu部分替代Mm，B侧少量的Al、Zr替代，明显改善MmNi5合金的活化和滞后特性。Mm0.6Ml0.1Ca0.2Cu0.1Ni4.5Mn0.4Al0.1Zr0.05合金与Mm0.2Ml0.5Ca0.2Cu0.1Ni4.5Mn0.4Al0.1Zr0.05合金的滞后因子Hf分别为0.2和0.16，远远小于MmNi5的滞后因子1.81。Mm0.6Ml0.1Ca0.2Cu0.1Ni4.5Mn0.4Al0.1Zr0.05合金具有良好的储氢特性和压缩特性。其活化无需孕育期，经3-5次吸放氢循环即可被完全活化。氢化物生成焓△H0=-31.5kJ/molH2，室温吸氢平台压力Pa=1.73MPa，储氢容量Cmax=142ml/g。采用其作为压缩材制作单管压缩器，其放氢温度为100℃时，放氢平衡压力达到18MPa；反应温度为160℃时，氢压可达到40MPa。对AB2型Ti1+xCr1.2Mn0.8-yMy（m=Fe、Ni、VFe、Cu、V）系列合金的相结构研究表明，合金主相仍为C14（MgZn2）型Laves相。对Ti1+xCr2-yMny系列合金的研究主要是利用A侧Ti过化学计量和Mn对Cr的部分替代以探索合金的储氢性能及压缩特性的变化。在Ti1+xCr1.2Mn0.8系列合金中，随着A侧Ti含量的增加，合金的活化性能得到了很大的改善，平台压力降低，滞后明显减小。在Ti1+xCr2-yMny系合金系列中，Cr含量的增加，吸放氢平台压力明显升高，滞后减小。研究表明Ti1.1Cr1.2Mn0.8表现出综合性能，其在25℃吸氢量为197ml/g，放氢量为173ml/g，增压至40MPa仅需加热到131℃。在此基础上三元合金研究的基础上，通过Fe、Ni、VFe、Cu、V过渡元素的替代对合金进行进一步优化。所有上述合金元素对Mn的部分，均使合金的吸放氢量明显增加。TiCr1.2Mn0.5Fe0.3合金与Ti1.1Cr1.2Mn0.5Cu0.3合金的吸氢量分别达到215ml/g、219ml/g，放氢率也都达到90％以上。当放氢温度为100℃时，其放氢平衡压力分别为31.1Mpa、26.1MPa。当放氢压力要达到40MPa时，放氢温度分别为112℃和119℃。对AB型合金，开展了Ti1.1Fe+5wt．％M（M=Mg、Ca、Ml）系列的研，结果表明，对Ti过量和添加Ca、Mg、或Ml等吸氢元素的AB型合金，其主相仍为TiFe相。与Ti1.1Fe合金相比，Ti1.1Fe+5wt．％Ml合金相结构没有太大变化，基本上呈单一的TiFe相。但Ti1.1Fe+5wt．％Mg合金和Ti1.1Fe+5wt．％Ca合金出现少量的第二相TiFe2相。添加元素Mg、Ca、Ml明显改善了合金的活化性能。在室温下无需任何活化处理，经3-5次吸放循环既能完全活化。同时合金平台压力降低，滞后因子以及斜率因子减小。Ti1.1Fe+5w％Ml合金具有最好综合储氢特性，吸氢量达到185ml/g，放氢温度为100℃时，合金的放氢平衡压力达到9.10MPa，压缩比为6.8。当温度达到172℃时，放氢平衡压力可达40MPa。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 储氢合金研究概况
1.2.1 储氢合金的储氢原理
1.2.2 储氢合金的热力学性能
1.2.3 金属储氢合金的活化性能
1.2.4 储氢合金的分类
1.3 问题的提出与本文的研究内容
第二章 文献综述
2.1 氢压缩机的工作原理与特性
2.1.1 单级压缩
2.1.2 二级压缩(多级压缩)
2.1.3 影响氢压缩机的操作参数
2.1.4 压缩机的压缩交率
2.1.5 作为金属氢化物化学热压缩储氢合金必须具备的基本要求
2.1.6 储氢合金在应用中的问题
2.1.7 氢化物压缩样机研究
2.2 可用于化学热压缩的储氢合金
2.2.1 AB_5型储氢合金
2.2.2 AB_2型储氢合金
2.2.3 AB型储氢合金
第三章 实验方法
3.1 储氢合金的成分设计及制备
3.1.1 MmNi_5系列铸态合金的试验成分及制备
3.1.2 TiCr_2系列储氢合金的试验成分及制备
3.1.3 Ti_(1.1)Fe+5wt%M(M=Ca、Mg、Mm)系合金
3.2 合金储氢性能的测试装置
3.3 储氢性能测试方法
3.3.1 测试系统的空容标定
3.3.2 贮氢合金吸氢速率测试
3.3.3 贮氢合金的吸放氢P-C-T曲线测试
3.4 合金的X射线粉末衍射(XRD)测试方法
3.5 模拟样机性能测试
第四章 AB_5型混合稀土系储氢合金的晶体结构和氢压缩特性
4-1 AB_5型混合稀土系储氢合金的合金成分与晶体结构
4-2 AB_5型混合稀土系储氢合金的动力学性能
4-3 AB_5型混合稀土系储氢合金的热力学性能
4-4 AB_5型混合稀土系储氢合金的压缩特性
本章小节
第五章 AB_2型Ti-Mn基储氢合金的晶体结构和氢压缩特性
5-1 Ti_(1+x)Cr_(1.2)Mn_(0.8)系列合金的晶体结构和压缩特性
5-1-1 Ti_(1+x)Cr_(1.2)Mn_(0.8)系列合金的晶体结构和相结构
5-1-2 Ti_(1+x)Cr_(1.2)Mn_(0.8)系列合金的储氢性能
5-1-3 Ti_(1+x)Cr_(1.2)Mn_(0.8)系列合金的氢压缩特性
5-2 Ti_(1+x)Cr_(2-y)Mn_y(x=01,0.2;y=0.6,0.8,1.0)合金的晶体结构和氢压缩特性
5-2-1 Ti_(1+x)Cr_(2-y)Mn_y(x=01,0.2;y=0.6,0.8,1.0)系列合金的晶体结构和相结构
5-2-2 Ti_(1+x)Cr_(2-y)Mn_y(x=01,0.2;y=0.6,0.8,1.0)合金系列的储氢性能
5-2-3 Ti_(1+x)Cr_(2-y)Mn_y合金系列的氢压缩特性
5-3 Ti_(1+x)Cr_(1.2)Mn(0.8-y)M_y(x=0,0.1;y=0.1,0.3;M=Fe、Ni、Cu或VFe)系列合金的晶体结构和氢压缩特性
5-3-1 Ti_(1+x)Cr_(1.2)Mn(0.8-y)(M=Fe、Ni、VFe、Cu、V)系列合金的晶体结构和相结构
5-3-2 Ti_(1+x)Cr_(1.2)Mn(0.8-x)M_x(M=Fe、Ni、VFe、Cu、V)系列合金的储氢性能
5-3-3 Ti_(1+x)Cr_(1.2)Mn(0.8-y)M_y(M=Fe、Ni、VFe)系列合金的氢压缩特性
本章小节
第六章 Ti_(1.1)Fe+5wt.%M(M=Mg、Ca、Ml)合金的晶体结构和氢压缩特性
6.1 Ti_(1.1)Fe+5wt.%M(M=Mg、Ca、Ml)系列合金的晶体结构
6.2 Ti_(1.1)Fe+5wt.%M(M=Mg、Ca、Ml)系列合金的贮氢性能
6.2.1 Ti_(1.1)Fe+5wt%M(M=mg、Ca、Ml)系列合金的活化性能
6.2.2 Ti_(1.1)Fe+5wt%M(M=Mg、Ca、Ml)系列合金的储氢特性
6.3 Ti_(1.1)Fe+5wt%M(M=Mg、Ca、Ml)合金系列的氢压缩特性
本章小节
第七章 结论
参考文献
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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