镁基储氢合金的制备与研究

论文摘要

镁基储氢合金具有储氢量高、密度小、清洁环保、资源丰富、开发成本低廉等诸多优点。在化石能源日益枯竭和环境污染日益严重的现代社会中,开发镁基合金作为清洁能源氢的储备和运输载体意义重大。但是作为一种储氢材料,镁基合金仍然存在吸放氢速度慢,反应动力学性能差;氢化物较稳定,放氢需较高温度等致命缺点,这些不利因素严重阻碍镁基储氢合金实现商业化生产的步伐。论文通过感应熔炼法制备出Mg-Ni,Mg-Ni-Co, Mg-Ni-Cu,和Mg-Ni-Zr四个系列共七种合金,通过机械合金化法制备出Mg-Ni, Mg-Al-Ni和Mg-Ni-Cu三个系列共六种合金。并对制得合金进行了X射线衍射分析、组织形貌观察、气态储氢性能分析和电化学性能测试。此外,论文还针对机械合金化法进行制备工艺方面的研究。论文采用感应熔炼法制备出Mg2Ni , Mg2Ni0.8M0.2（M=Co, Cu, Zr）和Mg2Ni0.6M0.4（M=Co, Cu, Zr）共七种合金,化学成分分析结果表明Co和Cu均能较为理想地按照配料比例熔入合金中,只有Zr较难熔入试样中。除Mg2Ni0.8Cu0.2外,其他合金中均含有大量的吸氢相Mg2Ni,Mg2Ni0.8Cu0.2中的已知吸氢相为CuMg2。添加取代元素的六种合金中均生成Mg-Ni-M（M= Co, Cu, Zr）三元化合物,其组成与结构有待进一步研究。论文采用机械合金化法制备出Mg2-xAlxNi（x=0, 0.1, 0.3）和Mg2Ni1-yCuy（y=0, 0.1, 0.2, 0.3）共六种合金,主相均为Mg2Ni相,吸氢后转变为Mg2NiH4相。此外,含Al合金中出现吸氢相Mg3AlNi2,含Cu合金中出现Cu11Mg10Ni9相。论文以Mg1.8Al0.2Ni合金的制备过程为例,简要说明了对于机械合金化这种制备工艺,在有效减少粘结对合金制备的影响后,可在非常短的时间内制备储氢性能较好的储氢合金。通过对比可知,采用感应熔炼法制得的合金较机械合金化法制得合金的吸氢速率明显较慢,吸放氢温度较高。由感应熔炼法制得合金的储氢性能随吸放氢次数的增加而提高,而由机械合金化法制得的合金的储氢性能在首次吸放氢时最好。无论对于感应熔炼法制备的合金还是机械合金化法制备的合金,除含Cu合金的放氢平台压高于Mg2Ni外,其他合金的放氢平台压均低于Mg2Ni。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 氢能系统的开发意义及应用前景
• 1.2 储氢材料研究概况
• 1.2.1 储氢材料的分类概述
• 1.2.2 储氢合金研究现状及应用领域
• 1.2.3 储氢合金的吸氢机理
• 1.2.4 储氢合金气态储氢的热力学机理
• 1.2.5 储氢合金的电化学原理
• 1.2.6 镁基储氢合金的研究进展
• 1.3 课题的研究目的、研究内容及研究方法
• 1.3.1 课题的研究目的
• 1.3.2 课题的研究内容
• 1.3.3 课题的研究方法
• 1.3.4 课题的研究难点及解决办法
• 2 实验方法
• 2.1 合金的感应熔炼法制备
• 2.1.1 试验用原材料
• 2.1.2 合金制备工艺
• 2.2 合金的机械合金化法制备
• 2.2.1 试验用原材料
• 2.2.2 合金制备工艺
• 2.3 合金的成分分析、相结构测定和组织观察
• 2.3.1 合金化学成分分析
• 2.3.2 合金相结构X 射线衍射测定
• 2.3.3 合金组织SEM 观察
• 2.4 合金的储氢性能测试
• 2.4.1 电化学性能测试
• 2.4.2 气态储氢性能测试
• 3 实验结果与讨论
• 3.1 感应熔炼法制备镁基储氢合金的结构与性能分析
• 3.1.1 化学成分分析
• 3.1.2 X 射线衍射分析
• 3.1.3 SEM 组织形貌分析
• 3.1.4 气态储氢性能测试结果与分析
• 3.2 机械合金化法制备镁基储氢合金的结构与性能分析
• 3.2.1 X 射线衍射分析
• 3.2.2 SEM 组织形貌分析
• 3.2.3 气态储氢性能测试结果与分析
• 3.2.4 电化学性能分析
• 3.2.5 制备工艺分析
• 4 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录