镁镍储氢合金的氢化燃烧制备技术及掺杂改性研究

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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Mg<,2>NiH<,4>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、60032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量（3.6％）接近；制备的镁镍储氢合金薄片的吸、放氢温度可分别降至250℃、270℃，放氢量可达2.6wt％。通过上述研究，本论文在以下四个方面取得了具有创新性的研究成果：（1）全面系统地研究了利用氢化燃烧合成法制备镁镍储氢合金的工艺技术路线，包括工艺技术参数、不同的制样方式，以及镍含量对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响。首次比较了镁粉、镍粉直接氢化燃烧，镁粉、镍粉压片和镀镍镁片三种制样方式对氢化燃烧合成镁镍储氢合金的影响。得到镁粉、镍粉直接氢化燃烧比镁粉、镍粉压片和镀镍镁片更容易形成Mg<,2>NiH<,4>的结论。（2）系统地研究了掺杂对氢化燃烧合成镁镍储氢合金及其性能的影响；研究了掺钛、富铈镧系稀土对氢化燃烧合成镁镍氢化物及其放氢量、放氢温度、放氢速率的影响。研究得出，掺铜、掺钛和掺镧系金属可使Mg<,2>NiH<,4>放氢温度分别降低140℃、120℃和110℃左右。（3）提出采用机械碾压法制备厚度为微米级的镁薄片，并通过表面氟化处理制备镁储氢薄片。并比较详细地研究了镁储氢薄片的吸、放氢性能。（4）提出对镁薄片表面进行化学镀Ni，采用氢化燃烧合成法制备镁镍储氢合金薄片。相对于镁储氢薄片，镁镍储氢合金薄片的储氢性能明显改善。

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作者
徐光亮;
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作者单位

四川大学;

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授予单位四川大学;
学科材料物理与化学
授予学位博士
导师姓名肖定全;
年度 2006
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TG139.7;
关键词
镁镍储氢合金; 储氢合金薄片; 氢化燃烧; 掺杂工艺; 掺杂改性;

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