镁储氢性能影响因素的研究

论文摘要

镁具有储氢密度大、价格低廉、资源丰富等优点,被认为是最有发展前途的固态储氢材料之一。本文主要研究了反应球磨法制备镁基储氢材料时各球磨参数、碳原料和金属催化剂添加种类和添加量对镁储氢性能的影响,以优化制备参数、获得高性能的储氢材料。对反应球磨法的主要制备参数进行了研究。球磨时充氢压强和球料比对制备材料的分散性和储氢密度有较大影响,本文采用1MPa的氢气压强和45：1的球料比,在此条件下制备的材料具有较高的储氢密度和良好的分散性。球磨时间对粒度、储氢密度的影响过程存在—临界时间范围,临界时间范围内延长球磨时间有利于材料降低粒度,提高储氢密度；超过临界时间范围后继续球磨,不仅易造成颗粒团聚,而且不利于储氢密度·的提高和放氢温度的降低。根据实验结果确定3-4h为最佳球磨时间,过短及过长时间的球磨均不利于材料性能的提高。不同充氢次数和充氢间隔对制备材料的性能影响较小。球磨纯镁时,材料几乎全部焊接到罐壁和磨球上,储氢密度极低。碳材料可以明显改善球磨时镁的团聚,利于镁颗粒的细化。不同碳材料由于结构和性质不同,所起的作用也有差异。本文对比分析了碳化无烟煤、沉积炭、石墨、针状焦、活性炭五种碳材料的结构特点及对镁球磨制备储氢材料的改善效果。五种碳材料对镁的分散性由强到弱依次为：石墨>活性炭>沉积炭>针状焦>无烟煤,同种碳材料不同添加量时,其分散性能都随着添加量的增加而提高。添加碳化无烟煤能明显提高镁的储氢密度。无烟煤和针状焦混合添加能明显改善球磨时的分散性并提高镁的储氢密度。碳材料能降低氢化镁的放氢温度,这种放氢温度的降低程度随碳材料添加量增加而提高。添加金属催化剂能明显改善镁基储氢材料的储氢性能。各金属催化剂添加总量超过1wt%时,不利于储氢密度的提高。添加的四种金属催化剂Ni、Al、Mo、Co并没有与镁形成金属合金或金属氢化物,只是在材料制备过程中起助磨和催化作用。通过添加多种金属催化剂对制得储氢材料的放氢过程研究表明,金属催化剂能降低储氢材料的放氢温度,且材料的放氢温度随金属催化剂添加量的增加而降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 储氢材料研究现状
• 1.3 镁基储氢材料研究现状
• 1.4 本文研究内容及技术路线
• 2 实验方法
• 2.1 实验原料及设备
• 2.2 储氢材料制备和测试表征方法
• 2.3 本章小结
• 3 球磨工艺参数对镁储氢性能的影响
• 3.1 充氢压强的影响
• 3.2 球料比的影响
• 3.3 球磨时间的影响
• 3.4 制备工艺的影响
• 3.5 本章小结
• 4 碳材料对镁储氢性能的影响
• 4.1 不同碳材料的结构分析
• 4.2 碳材料影响镁储氢性能的研究
• 4.3 本章小结
• 5 金属催化剂对镁储氢性能的影响
• 5.1 金属的分散和助磨作用
• 5.2 添加金属对储氢密度的影响
• 5.3 添加金属对结构的影响
• 5.4 添加金属对放氢过程的影响
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 问题与展望
• 致谢
• 攻读硕士期间主要工作成果
• 参考文献