镧镍铜钴储氢合金的制备与性质

以LaNi₅为代表的镧系储氢合金有优良的吸放氢性能,抗中毒能力强,因而受到广泛重视^[1]. 目前已开发出许多二元及多元镧系合金,并研究了部分合金的表面性质^[1～4],但结果并不一致. 本文制备了四元合金LaNi₄Cu_0.5Co_0.5,通过X 射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和吸氢测试等方法研究该合金的性质。     

Li-Mg-N-H体系储氢材料的热力学和动力学调控

Mg（NH₂）₂-2LiH体系储氢材料具有较高的储氢容量和较适宜的热力学性能,并且其吸放氢过程完全可逆,是目前最有望实现大规模应用的固态储氢材料之一。然而,由于该体系在吸放氢过程中具有较高的动力学壁垒,导致其在200℃以上才能实现快速地吸放氢。因此,国际上对该体系储氢材料的研究主要集中在热力学和动力学的调控方面。本文从成分调变、纳米化和掺杂改性等方面,详细综述了Mg（NH₂）₂-2LiH体系储氢材料热力学和动力学调控的研究现状,并提出了其中存在的问题和相应对策,同时指出了将来的研究方向。     

Sm2Co17型永磁材料弹塑变形阶段的微纳压痕尺寸效应

采用准静态法分别对固溶态和最终态Sm₂Co₁₇型永磁的两种取向面样品进行了纳米压痕分析。结果表明,两类磁体不同取向面上的硬度和弹性模量均出现了随着压入深度的增加而减小的现象,表现出典型的压痕尺寸效应。基于Nix-Gao模型的硬度与压入深度拟合结果表明,两种磁体的硬度H₀和特征长度h~*均呈现出明显各向异性。较大的h~*值揭示出最终态磁体在较大的压入深度范围内可观察到明显的尺寸效应现象。进一步地,通过计算反映压痕尺寸效应强弱的效应因子i可知,最终态磁体的i值均比固溶态磁体的大,其中在取向平行加载方向时,i值高出58%。最终态Sm₂Co₁₇磁体中存在的胞状组织结构增强了尺寸效应因子,进而改善了Sm₂Co₁₇型磁体在弹塑变形阶段的塑性。     

新型无钴含锌MmxMl1-x(NiCuAlZn)5储氢合金性能研究

本文研究了不同稀土成分对新型无钴含锌储氢合金Mm_xMl_1-xNi_4.14Cu_0.5Al_0.3Zn_0.06性能的影响.随着混合稀土成分中Ce含量的增加,储氢合金的晶胞体积减小,吸放氢平衡压力升高.当x=0.2时该系列合金性能最佳.     

元素在石墨炉内石墨探针表面上的原子化机理研究(ⅩⅣ)─钐的原子化机理

综合运用X射线衍射、X射线光电子能谱与俄歇电子能谱等表面分析手段研究了石墨炉中石墨探针表面钐样品的原子化过程。发现在石墨炉升温过程中,钐样品先转化为Sm₂O₃,再由Sm₂O₃热分解为SmO,原子化起源于SmO的热分解;在Sm₂O₃与探针接触的表面有碳化物生成,碳化物是造成记忆效应的重要原因。     

La-Nd-Y-Ni系A5B19型退火合金的相结构及储氢与电化学性能研究

稀土元素对超点阵结构RE-Mg(Y)-Ni系AB_3.0-4.0型合金的储氢和电化学性能具有重要的影响。制备了新型A₅B₁₉型La-Y-Ni系退火合金La_0.4-xNd_xY_0.6Ni_3.52Mn_0.18Al_0.1(x=0～0.4),利用XRD,SEM,XPS,气-固反应储氢及电化学方法系统研究了Nd对合金相组成、储氢性能和电化学性能的影响规律和作用,并观察分析了电极表面的腐蚀形貌与产物组成。结果表明：随Nd元素增加,合金中A₅B₁₉型主相丰度逐渐提高,其中3R-Ce₅Co₁₉型相丰度达到70%。该合金具有良好的气体吸氢动力学和储氢PCT曲线平台特性。随Nd元素增加,合金最大储氢量达到1.38%～1.46%(质量分数),吸氢平台压从0.02 MPa逐渐升高至0.064 MPa。电化学分析表明：含Nd合金电极具...     

Mg(NH2)2-2LiH储氢材料的研究进展

Mg(NH₂)₂-2LiH 材料是近年来发展起来的几种最具应用潜力的高容量储氢材料之一. 由于具有较合适的吸放氢热力学性能、相对较低的吸放氢操作温度、较高的可逆储氢容量和较优的吸放氢循环稳定性,Mg(NH₂)₂-2LiH 材料现已成为储氢材料研究领域的一个热点. 本文综述了Mg(NH₂)₂-2LiH 材料近年来的研究进展, 重点关注了材料的组分、晶体结构、颗(晶)粒尺寸和催化动力学改性等对材料储氢性能的影响及储氢机理,总结了Mg(NH₂)₂-2LiH 储氢材料存在的技术问题并指出了今后的研究方向.     

MgH2粒径对2LiBH4+MgH2体系放氢动力学性能的影响

研究了MgH₂粒径对2LiBH₄+MgH₂体系放氢动力学性能的影响.采用高能球磨方式对50~100 μm 粒径的MgH₂预球磨96 h, 其粒径可减小到100~200 nm.结果表明, 对MgH₂进行预球磨可使2LiBH₄+MgH₂体系的两步放氢温度分别降低58和24℃, 并可明显提高体系的放氢动力学性能.XRD结果表明, MgH₂粒径的减小有利于放氢过程中MgB₂ 的生成, 从而提高体系放氢产物的可逆吸氢能力.     

Mg2Ni0.75Cu0.25-Mg1.76体系的合成及氢化过程的初步研究

Leilly^[1]、Rudmen^[2]和本研究组^[3]分别对Mg₂Ni-xMg,Mg₂Cu-xMg体系进行了研究,巳发现Mg₂Ni或Mg₂Cu的存在对镁的氢化,释氢过程有催化作用,并描述了二元合金Mg₂Ni,Mg₂Cu对Mg的吸、放氢过程的催化氢化、脱氢模型。但有关三元合金对纯镁的吸、放氢催化性能研究,至今未见报道。我们合成了在基质镁粒表面包覆Mg₂Ni_0.75Cu_0.25的新型材料,并研究此三元合金表面对所包覆的Mg核与H₂之间反应的影响。     

富铁稀土金属间化合物永磁材料的研究进展

富铁ThMn₁₂型R(Fe, M)₁₂(R=稀土,M=其他元素)和Th₂Ni₁₇/Th₂Zn₁₇型R₂Fe₁₇金属间化合物通常被命名为1-12和2-17型化合物;它们已被开发成为稀土基磁性合金中重要的系列化合物。随着以Sm₂Fe₁₇N_x和R(Fe, M)₁₂N_x(R=Pr, Nd)等氮化物为代表的“间隙原子效应”的发现,以及稀土资源的绿色开采和综合利用的发展,对富铁稀土-过渡金属间化合物的研究成为热点。其中,Sm(Fe, Co)₁₂化合物和间隙原子调制的R(Fe, M)₁₂N(R=Pr, Nd), Sm₂(Fe, M)₁₇N_x等富铁材料的内禀磁性能与作为当前主流应用的高性能永磁材料Nd_2...     

五氧化二钒促进MgH2/Mg室温吸氢※

MgH₂因其储氢量高、来源广及价格低廉等优点而备受关注, 但其热力学稳定(ΔH≥76 kJ/mol-H₂)以及低温吸/放氢动力学缓慢等问题限制了它在氢能领域的广泛应用. 研究发现, 过渡金属氧化物能够显著改善MgH₂的储氢动力学性能. 系统研究了过渡金属氧化物V₂O₅对MgH₂储氢性能的改善作用. 与纯MgH₂相比, 在MgH₂中添加质量分数为5%的V₂O₅可以显著改善MgH₂的吸/脱氢动力学性能. V₂O₅掺杂MgH₂的起始脱氢温度降至175 ℃, 比同等条件处理的纯MgH₂降低了89 ℃. 值得注意的是, V₂O₅掺杂的MgH₂脱氢后, 在室温和3 MPa的氢压下, 30和180 min内吸收H₂的质量分数分别为2.1%和3.8%. 同等氢压下, 当温度提高到300 ℃时, 该样品可在1 min内吸收H₂的质量分数高达6.7%. 同时催化掺杂样品还表现出良好的循环稳定性, 20次循环后仍能维持质量分数为6.0%以上的可逆储/放氢量. 此外, V₂O₅改善MgH₂储氢性能的反应机理也通过多种手段表征得以阐明.     

碳纳米管-Mm(Ni-Co-Al-Mn)5复合储氢材料的电化学性能研究

本文首次研究了碳纳米管-MmNi_3.6Co_0.7Al_0.3Mn_0.4复合储氢材料的制备及其电化学性能,在250mA/g放电的条件下,其电化学储氢量达到320mAh/g,相同条件下MmNi_3.6Co_0.7Al_0.3Mn_0.4储氢量为270mAh/g.通过循环伏安法研究氢在复合电极上电化学特性表明,碳纳米管与MmNi_3.6Co_0.7Al_0.3Mn_0.4的复合促进了氢的吸附.     

具有18电子结构的镁基过渡金属氢化物*

本文综述了近年来备受关注的具有18电子结构和高储氢容量的镁基过渡金属氢化物Mg₂NiH₄、Mg₂CoH₅和Mg₂FeH₆的研究进展,特别从材料组成、制备工艺、热力学及动力学性能等方面进行了综合评述。提出了该类金属氢化物在实际应用中存在的一些问题,如吸/放氢温度均较高,反应动力学性能较差,对于Mg₂CoH₅和Mg₂FeH₆的制备较困难,且可逆性不好。最后展望了对于具有18电子结构的镁基过渡金属氢化物在今后研究中的发展方向。     

3LiBH4/CeF3体系的放氢性能及机制

采用球磨法制备了3LiBH₄/CeF₃反应体系, 通过压力-组成-温度(PCT)测试仪、 X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)研究了体系的放氢性能、 反应机制及性能改善机理. 结果表明, 3LiBH₄/CeF₃体系在295 ℃左右快速放氢, 总放氢量为4.1%(质量分数). 放氢过程中CeF₃与LiBH₄直接发生反应: 3LiBH₄+CeF₃1/2CeB₆+1/2CeH₂+3LiF+11/2H₂. 与纯LiBH₄相比, 放氢热力学稳定性和表观活化能的降低是3LiBH₄/CeF₃体系放氢温度下降的主要原因.     

LaNi5-xAlx合金吸放氢过程的滞后现象

测定了LaNi5-xAlx(x=0, 0.1, 0.2, 0.3)合金在吸放氢过程中P-C等温线的坪台压力及热力学参数.结果表明,坪台压力与热力学参数焓变ΔH,熵变ΔS随合金中Al含量的增加而降低,吸氢及放氢过程中的坪台压力存在一定的差异,即滞后现象(用滞后系数Hf表示).Hf随温度的升高而减弱,随合金中Al含量的增加而降低.滞后现象与合金在吸放氢过程中的应力释放有关.     

锆掺杂以提升LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的高温电化学性能

为解决LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料在高温下循环性能差的问题,本文通过固相法对材料进行锆掺杂改性,研究了不同掺杂量对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂晶体结构和电化学性能的影响。研究表明,当锆掺杂量为1% (x)时,可以降低LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂结构中的Li⁺/Ni²⁺离子混排,有助于材料电化学性能的提高,尤其是高温循环性能。在25 ℃、3.0-4.3 V下, Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_0.99Zr_0.01O₂在1C循环95次后容量保持率为92.13%,优于未掺杂样品(87.61%)。在55 ℃下, Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_0.99Zr_0.01O₂在1C循环115次后容量保持率仍有82.96%,远高于未掺杂样品(67.63%)。因此,少量锆掺杂对提升LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂的高温循环性能有积极作用。     

退火处理对新型无镁Y0.7La0.3Ni3.25Al0.1Mn0.15储氢合金结构和电化学性能的影响

通过电弧熔炼制备了无镁La-Y-Ni系A₂B₇型Y_0.7La_0.3Ni_3.25Al_0.1Mn_0.15合金, 并在高纯0.2 MPa Ar气氛下分别对合金进行850~1050 ℃真空24 h退火热处理. 通过X射线衍射(XRD)、 中子衍射(ND)、 扫描电子显微镜/能量分散谱(SEM/EDS)和电化学测试方法研究了退火温度对合金结构和性能的影响. 结构分析表明, 铸态合金由CaCu₅, Ce₅Co₁₉, Gd₂Co₇, Ce₂Ni₇多相构成, 随着退火温度升高, CaCu₅, Ce₅Co₁₉, Gd₂Co₇相逐步减少直至消失, Ce₂Ni₇主相相丰度逐步增加. 900~950 ℃退火时, 合金为单相Ce₂Ni₇结构. 退火温度继续升高, 合金中出现少量PuNi₃相. 合金电极的最大放电容量随着退火温度的升高先增加后降低. 从铸态的307.6 mA·h/g增加到900 ℃退火时的最大值393.1 mA·h/g, 后又降到1050 ℃退火时的366.4 mA·h/g. 合金电极的电化学循环稳定性随退火温度的升高而升高, 循环100次后电化学容量保持率(S₁₀₀)从铸态的66%上升到1050 ℃退火后的88.5%, 900~950 ℃退火时, 合金电极具有较好的综合电化学性能.     

AlH3的制备及放氢特性

以LiAlH₄, LiBH₄和AlCl₃为原料, 采用有机合成法制备了单一相的α-AlH₃和γ-AlH₃, 并对其放氢性能进行了研究.结果表明, 两种晶型AlH₃的放氢量均可达8.3%~8.5%(质量分数), 放氢温度范围在120~160℃之间, 且γ-AlH₃的放氢峰值温度比α-AlH₃低8.2℃; α-AlH₃和γ-AlH₃的放氢反应表观活化能分别为94.6和86.3 kJ/mol; 加热过程中α-AlH₃直接发生放氢反应, γ-AlH₃在放氢前先发生向α-AlH₃的相变, 这一相变过程使得AlH₃的晶格得到活化, 从而促进放氢反应的进行.     

稀土元素改性钒基固溶体储氢合金研究进展

钒基固溶体储氢合金具有体心立方(BCC)结构,储氢质量分数在3.8%以上,充放电容量为1052 mA·h/g,优于AB₂和AB₅等系列合金,并且在常温常压下表现出较高的氢溶解度和扩散系数,因此在氢储运系统以及氢能源供应等领域具有广阔的应用前景,但钒基固溶体合金存在着活化难度大、放氢条件苛刻、循环寿命短以及对氧敏感易氧化等问题。研究表明,稀土对多种固态储氢材料均有很好的改性作用,将稀土元素通过元素替代或掺杂的方式加入到钒基固溶体合金中,有助于生成高活性的稀土或稀土氧化物第二相,可明显改善材料的吸放氢热力学、循环稳定性以及抗毒化性质,同时可减少材料内的氧含量,提高材料的活化特性。电化学性能方面,稀土元素的添加能显著提升合金电极的循环稳定性、耐腐蚀能力以及高倍率放电性能。因此,稀土元素取代是实现钒基固溶体储氢材料实际应用的一项行之有效的方法。本文报道了近30年稀土改性钒基固溶体储氢合金的研究现状,重点总结了稀土元素的作用机制,并对今后重点研究方向进行了展望。     

TiF3对LiAlH4放氢性能的影响

采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重(TG)等测试方法, 对掺杂TiF₃前后和不同TiF₃掺杂量LiAlH₄的放氢性能进行了研究. 结果发现, 在TiF₃存在下, LiAlH₄在球磨过程中有少量分解. TiF₃对LiAlH₄放氢具有明显的催化作用. 随着掺杂量的增加, LiAlH₄的起始放氢温度降低, 但放氢量会明显减少. 掺杂2%(摩尔分数)TiF₃的LiAlH₄从80 ℃开始放氢, 比未处理的LiAlH₄的起始放氢温度降低了70 ℃, 放氢量高达6.6%(质量分数).