镁基储氢合金的制备及其性能的研究

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由于能源危机的产生以及人类长期使用化石能源所带来的环境问题等,需要寻找到一种对环境负担小的新型能源。镁系储氢合金因其价格低廉、储氢量大等特点而受到诸多储氢材料研究者的青睐。但镁系储氢合金的吸氢动力学性能和热力学性能差以及容易受到外界环境的影响而制约着它的发展。镁铝系储氢合金相对于其他镁系储氢材料而言,其储氢量大(理论储氢量为4.4wt%),镁和铝单质价格低廉,容易获得,降低了成本。本文采用机械球磨的方法制备出Mg17Al12储氢合金。其最佳球磨参数为:球磨时间12h,不锈钢球磨罐,球磨转速为600rmp,球料比为20:1,合金是在充满氩气的不锈钢球磨罐中制备而成的,因在球磨过程中防止合金粘接在球磨罐壁上而影响合金的制备,每隔2h在充满氩气的真空手套箱中将结块的合金进行破碎。利用球磨的方法对合金进行表面复相改性制备出Mg17Al12+M(M=5%Cu、10%Cu、5%Ni、10%Ni、10%B、15%B、10%C、15%C)等合金。采用XRD测试分析、PCT吸放氢测试分析仪器等对合金的性能进行分析,研究出能够改善合金吸放氢性能储氢材料。研究结果表明,球磨了12小时后的Mg17Al12的吸放氢性能都比较好,623K高温下Mg17Al12的吸氢量为4.17wt%,接近理论值4.4wt%,653K下放氢率为61.9%。通过球磨的方法制备出的Mg17Al12+M(M=5%Cu、10%Cu、5%Ni、10%Ni)表现出来的性能:在合金中添加Ni球磨2h后,该合金在吸氢的过程中生成了少量的Al-Ni相,在合金中添加Cu球磨2h后,该合金在吸氢的过程中生成了少量的MgCu2。经研究发现,这些化合物在合金吸放氢过程起到了催化的作用。添加5%Cu和10%Cu合金在623K,240min的吸氢量分别为4.07wt%和3.94wt%,接近于理论吸氢量。同时添加Ni和Cu后的合金在553K下具有较好的放氢平台。通过球磨的方法制备出的Mg17Al12+M (M=10%B、15%B、10%C、15%C)中,利用球磨的方法在Mg17Al12中添加C元素,两种合金在低温下对于吸氢能力的改善都不明显,甚至要差于Mg17Al12本身,高温下该合金在吸放氢能力上表现出较好的性能。而添加了B元素的Mg17Al12在低温高温下吸放氢能力都比较差,甚至阻碍了Mg17Al12的吸氢,因此,B不适合对于Mg17Al12合金表面复相改性。运用机械球磨的方法,将Mg粉、Al粉、Cu粉按照原子比为17:11:1和17:10:2球磨12h获得了一种新的复合储氢合金。研究发现Mg17Al11Cu合金在623K,60min的吸氢量达到4.07wt%左右,吸氢速率比Mg17Al12+5%Cu的更快。同时该合金在553K下具有较好的放氢平台。
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