La-H化合物对LaMg2Ni合金中Mg2Ni相吸氢过程的影响

采用感应熔炼技术在Ar气氛保护下制备得到LaMg2Ni与Mg2Ni合金。X射线衍射(XRD)图表明LaMg2Ni合金在吸氢过程中分解为LaH3相和Mg2NiH4相,放氢过程中LaH3相转化为La3H7相。与Mg2Ni合金相比,LaMg2Ni合金显示出优良的吸氢动力学性能,这是由于镧氢化合物的存在及其在吸氢过程中所发生的相转变所造成的。LaMg2Ni合金280 s内吸氢即可达到最大储氢量的90%以上,而Mg2Ni合金则需要1200 s才能达到,且在相同温度下LaMg2Ni合金的吸氢反应速率常数大于Mg2Ni合金速率常数。镧氢化合物不仅有利于改善动力学性能,而且可以提高热力学性能。LaMg2Ni合金中的Mg2Ni相氢化反应焓与熵分别为-53.02 kJ.mol-1和84.96 J.K-1.mol-1(H2),这一数值小于单相Mg2Ni氢化反应焓与熵(-64.50 kJ.mol-1,-123.10 J.K-1.mol-1(H2))。压力-组成-温度(P-C-T)测试结果表明在603 K至523 K温度范围内,LaMg2Ni合金储氢容量保持稳定为1.95wt%左右,然而Mg2Ni合金的储氢容量则由4.09wt%衰减为3.13wt%,Mg2Ni合金的储氢容量在523K低温下仅为603 K时的76.5%,表明镧氢化合物能够改善Mg2Ni合金低温下的吸放氢性能。     

镁镍系储氢合金的制备研究

镁系储氢合金具有储氢量高，低成本，轻质化等优点。Mg和Mg2Ni的理论储氢量分别为7．6wt％和3．6wt％，远高于其它类储氢合金。但Mg-Ni系合金的室温下吸放氢动力学性质差，在碱性电解液中容易氧化，长期以来Mg2Ni储氢合金并未能向LaNi5型合金那样适用预Ni-MH的负极材料。近年来，对Mg2Ni型合金的性能研究表明，它的理论放电容量接近1000mAh／g，远高于当前主要商用LaNi5型合金（放电容量仅为370mAh／g）。     

制备方法对Mg1.9Al0.1Ni合金储氢性能的影响

文中采用机械合金化(MA)和氢化燃烧法(HCS)制备了Mg1.9Al0.1Ni,通过对它们储氢性能的对比研究发现,MA优于HCS.采用MA制得的Mg1.9Al0.1Ni储氢合金具有较高的活性和高储氢量,对PCT结果进行计算,得出温度和氢平衡压的关系式.Mg1.9Al0.1Ni(MA)553K时100s内吸放氢量分别为2.67和2.54 mass%H.用XRD方法进行物相分析,表明添加适量Al没有改变Mg2Ni的物相结构,由于MA能够制备出纳米晶粒,使得Mg1.9Al0.1Ni合金具有更好的储放氢动力学性能.     

Pd取代对Mg2Ni及其氢化物结构和性能影响的第一性原理研究

利用基于第一性原理的密度泛函理论,计算了镁基储氢合金Mg2 Ni以及Pd取代的合金Mg12 Ni6-xPdx(x1,2,3)及其氢化物H2-Mg12 Ni6-xPdx(x=0,1,2,3)的晶体结构和电子结构.结果表明,Pd取代Mg2 Ni中的Ni原子,使其晶胞体积有所膨胀.同时,Pd的取代对Mg-Ni和Ni-Ni间的...     

Mg-20%(RE-Ni)(RE=La,Y,Mm)复合材料储放氢性能研究

通过磁悬浮熔炼和反应球磨相结合的方法成功制备出Mg-20wt%(RE-Ni)(RE=La,Y,Mm)复合储氢材料,主要研究了材料的物相结构和储放氢性能.结果表明.Mg-20wt%(RE-Ni)(RE=La,Y,Mm)复合储氢材料,具有相似的物相结构和吸放氢热力学性能,吸氢相均为MgH2和Mg2Ni,在同一温度下,合金只有一个放氢平台,表明两相具有良好的协同放氢效应.在复合体系中,Mg-20wt%(Y-Ni)具有最佳的综合储氢性能,表明Y具有最佳的催化效果,其在293 K,3.0 MPa H2,10 min的吸氢量和573 K,对0.1 MPa,15 min的放氢量可分别达到3.92%和4.75%,实现了室温快速大量吸氢和较温和条件下的快速放氢.     

非金属与金属的协同作用对镁基储氢合金电化学性能的影响

用机械球磨法分别以Ti、B、复合物TiB对非晶态Mg45Ti3V2Ni50储氢合金进行了表面修饰.实验结果表明,恰当比例的TiB球磨修饰对镁基储氢合金循环稳定性远好于Ti、B同比例单独修饰合金电极的效果.Mg45Ti3V2Ni50与TiB质量比为2∶1的Mg45Ti3V2Ni50-TiB(2∶1)复合合金电极的初始放电容量为529.4mAh·g-1,第50次循环放电容量仍为277.1mAh·g-1.复合物TiB中Ti、B元素之间和复合合金中合金元素与TiB之间产生了金属与非金属的协同作用,导致复合合金新的立体褶皱结构的生成,增强了修饰层与合金间的作用,Mg45Ti3V2Ni50-TiB(2∶1)合金电极表面活性增强,循环稳定性显著提高.     

Mg_2Ni_(1-x)Co_x合金相的固溶烧结法制备及结构和储氢性能

采用固溶烧结法制备了Mg_2Ni_(1-x)Co_x(x=0.10,0.15,0.20)合金,利用X射线衍射仪和压力-组成-温度测试仪等研究了Co含量对合金相结构和储氢性能的影响.结果表明,合金由Mg_2Ni型Mg_2(Ni,Co)主相及少量Mg和Mg Ni3Co新相组成.Mg2(Ni,Co)具有良好的可逆储氢性能,吸氢形成Mg_2Ni_(0.9)Co_(0.1)H_4型四元氢化物,其具有与父系氢化物HT-Mg_2NiH_4相近的放氢焓变(ΔHd=63.9 k J/mol H2).Mg_2Ni_(1-x)Co_x(x=0.10,0.15,0.20)合金具有良好的放氢动力学性能,二维相界面迁移为放氢过程的控制步骤.随着Co含量的增加,合金的放氢活化能(Ea)降低,其中,Mg_2Ni_(0.8)Co_(0.2)的Ea降低到54.0 k J/mol.     

Mg基非晶合金及La-Mg-Ni基复合物储氢电极的结构与电化学性能

Mg50Ni50非晶合金具有较高的初始放电容量(500mAh/g),有希望成为Ni-MH二次电池的负极合金材料.但较差的循环稳定性限制了它的进一步开发和应用.为此,本研究采用机械合金化方法,基于Mg侧进行元素替代,获得了四元Mg0.9-xTi0.1PdxNi(x=0.04-0.1)储氢合金.XRD和TEM分别从宏观和微观角度证实该系列合金仍为非晶态合金.本研究还发现,随着Pd含量的增加,腐蚀电流降低;合金的抗腐蚀能力提高.当Pd含量达到0.1的时候,Mg0.8Ti0.1Pd0.1Ni合金的耐蚀能力达到最大,其容量保持率也达到最高,经80次循环后放电容量仍然保持在200mAh/g以上.AB3型La-Mg-Ni储氢合金与Mg基合金类似之处在于:具有较高的初始放电容量但循环容量保持率较低.为此,本研究将AB3型La0.7Mg0.3Ni3.5合金与具有较高循环稳定性的AB2型Ti0.17Zr0.08V0.35Cr0.1Ni0.3合金相复合,获得新型AB3-AB2复相合金.XRD研究表明复合物中La0.7Mg0.3Ni3.5和Ti0.17Zr0.08V0.35Cr0.1Ni0.3仍旧保持原有结构.扫描电镜(SEM)研究发现,复合物颗粒的平均尺寸在50 μm左右.由于Ti0.17Zr0.08V0.35Cr0.1Ni0.3相的防护,复合物的耐腐蚀能力及100次循环容量保持率(62.3%)得以显著提高.     

氢化燃烧法合成La2-xNixMg17(x=0.5,1,1.5)材料的储氢性能

采用氢化燃烧法制备La2-xNixMg17(x=0.5, 1, 1.5)三元体系储氢材料, 对其热力学、动力学进行研究发现: 该体系材料具有很好的活性和较高的储氢量, 其中La1.5Ni0.5Mg17在573 K时吸放氢量分别为5.40和5.15 mass% H. 在553 K下, 体系α-β相区在600 s之内吸放氢反应分数均大于91%, 随着含Ni量的增加材料储氢容量降低, 吸放氢速率增大.物相分析知道体系吸氢后的主相是MgH2, 放氢后主相为Mg, 同时存在Mg2Ni, LaNi5或LaH3等催化物质, 从而使材料的氢化动力学性能得以明显改善.     

电沉积工艺对Mg-Ni储氢合金的电化学性能的影响

用电沉积的方法制备了镁 镍储氢合金,探讨了电沉积条件对合金的电化学性能的影响.XRD显示沉积层中含有非晶态Mg Ni相和微晶态Mg相.AAS分析表明沉积合金中Mg的摩尔分数达 8. 57%.合金的放电容量最高为 75. 547mA·h·g-1.     

钛和锆的添加对MgNi型合金电极电化学性能的影响

用机械球磨法（MA）成功合成了镁基储氢合金MgNi, Mg0.9Ti0.1Ni和Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1。研究了其结构和电化学性能。X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）结果表明合金为非晶结构，并有少量的Ni衍射峰存在。充放电测试结果表明这一系列合金具有很好的电化学活性。Ti和Co的替代使合金的循环稳定性好于MgNi合金。50周充放电循环后，Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1合金的放电容量明显好于MgNi合金，Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1的放电容量比MgNi合金高102.8%，比Mg0.9Ti0.1Ni合金高45.49%。在充放电循环过程中，合金电极容量衰减的主要原因是在合金电极表面Mg变成了Mg(OH)2。Tafel极化测试表明Ti和Co的添加可以提高合金电极在碱液中的抗腐蚀性能和提高合金电极的循环稳定性。EIS测试结果表明Ti和Co的替代可以明显提高MgNi型合金表面的电催化活性。     

热处理对A2B7型RE-Mg-Ni合金相结构及性能的影响

采用磁悬浮感应熔炼法制备了La0.35Gd0.2Sm0.2Y0.1Mg0.15Ni3.35Al0.15合金。通过XRD,SEM,PCT及电化学性能测试等方法,研究了热处理对于该合金相结构及性能的影响。结果表明:该合金主要由PuNi3型、CaCu5型、Ce2Ni7型和Ce5Co19型相组成,随着热处理温度的提高,合金中CaCu5型相减少,Ce2Ni7型相和Ce5Co19型相增加,热处理温度高于1223 K后,合金主相由PuNi3型相转为Ce2Ni7型相,合金的储氢量增加,吸放氢平台压及平台斜率降低,电化学循环稳定增强。     

La0.7-xNdxMg0.3Ni3.4Al0.1(x=0～0.4)储氢合金的相结构及电化学性能

采用真空烧结方式制备了AB3.5型La0.7-xNdxMg0.3Ni3.4Al0.1(x=0,0.1,0.2,0.3和0.4)储氢合金.XRD分析表明,所有合金均由LaNi5,La2Ni7和LaNi3三相组成.当Nd含量增加时,合金中的LaNi5和La2Ni7相含量有不同程度的增加,而LaNi3相相应减少.电化学性能测试表明,添加适量的Nd能改善合金电极的循环稳定性,其中La0.6Nd0.1Mg0.3Ni3.4Al0.1合金具有相对较好的综合性能,其最大放电容量达到322.4 mAh·g-1,循环50周的容量保持率(S50)达到89.98%.     

LaMg_2Cu_(1-x)Ni_x(x=0～0.90)合金的相结构及储氢性能

利用真空感应熔炼技术制备了LaMg2Cu1-xNix(x=0,0.10,0.25,0.50,0.75,0.90)合金,并在0.06MPa氩气保护下于723K退火6h得到测试所用合金铸锭。XRD表明合金LaMg2Cu1-xNix含有ThCr2Si2型的LaMg2Cu2相和CeMg3型的LaMg3相以及少量未知相,随着x的增加,LaMg2Cu2相的晶胞体积先增加后减小,而LaMg3相的晶胞体积几乎不变。通过SEM观察,发现Ni可以有效的减小合金在吸放氢过程中的粉化。当x0.50时,Ni对合金的吸氢速率降低;而当x≥0.50时,Ni的加入可以极大的提高合金的吸氢速率,合金在50s左右就能达到最大吸氢量的90%。当x=0.50时,合金具有较好的综合储氢性能,合金在473K下吸氢量为3.741wt%,49s就可达到最大吸氢量的90%以上。     

LaMg8.40Ni2.34合金的相结构和储氢性能

利用真空感应熔炼和退火方法制备了LaMg_8.40Ni_2.34合金. 采用X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)和压力-组成-温度(PCT)测试仪测试了合金的相组成、微观形貌和储氢性能. LaMg_8.40Ni_2.34合金由La₂Mg₁₇、LaMg₂Ni和Mg₂Ni组成,且在第一次吸放氢循环中就可以完全活化. 在558 K下的可逆储氢量为3.01%(质量分数), 合金的PCT曲线表现出双吸氢平台, 分别对应着形成的MgH₂和Mg₂NiH₄. 但是放氢曲线却只有一个平台出现, 这是由MgH2和Mg2NiH4之间的协同脱氢作用产生的. LaMg_8.40Ni_2.34合金在吸放氢时的活化能分别为(52.4±0.4)和(59.2±0.1) kJ·mol^-1, 均低于Mg₂Ni合金. 与纯Mg和Mg₂Ni合金相比, LaMg_8.40Ni_2.34合金具有良好的活化性能、较高的储氢性能和优良的动力学性能.     

La0.7Mg0.3(Ni1-xCox)3.5 (0≤x≤0.5)储氢合金电化学性能

近年来,具有AB2和AB5复合结构的LaNi3系和La2Ni7系储氢材料由于具有较高的储氢量而引起了人们的关注[1]. 它们可在较温和条件下快速吸放氢, 且理论吸氢量分别为LaNi5的1.25倍及1.11倍.     

Mg2NiH4对高氯酸铵热分解过程的影响

采用置换-扩散法制备了储氢材料Mg2NiH4, 用XRD, ICP和DSC-TG方法对其结构进行了表征. 用热分析法(DSC)研究了Mg2NiH4对高氯酸铵(AP)热分解过程的影响. 研究结果表明, Mg2NiH4对AP热分解过程有较大影响. Mg2NiH4可以显著促进AP的低温热分解过程, 降低高温热分解温度, 使DSC表观分解热明显增大. 随着加入量的增加, Mg2NiH4对AP热分解的催化促进作用增强, 当Mg2NiH4加入的质量分数为30％时, DSC表观分解热最大. 吸氢量越大, 储氢材料对AP的催化促进作用越强. Mg2NiH4催化促进AP分解过程的作用机理为: Mg2NiH4分解释放的H2及Mg和Ni与AP分解产物发生反应.     

高容量的Ti-V基BCC相储氢合金

储氢合金是有希望成为燃料电池供氢源的方式之一,在各类储氢合金中,以LaNi5为代表的AB5和以TiMn2为代表的AB5发展已较成熟,但由于其储氢量小于2％(质量百分比)而制约了其应用,Mg基合金具有较大的储氢量(3％左右),但由于其吸放氢条件(温度在473K以上)苛刻难以满足燃料     

镁含量对La1-xMgxNi2.8Co0.7合金性能与结构的影响

采用XRD分析了La1-xMgxNi2.8Co0.7(x=0.10, 0.15, 0.20, 0.25)合金的晶体结构, 研究了合金的气固相储氢特性和电化学性能. 结果表明,合金由Ce2Ni7型结构的A2B7主相和少量的具有CaCu5结构的AB5相构成,随Mg含量的增加,合金中AB5相相应减少. 合金在吸放氢过程中的熵变ΔS和焓变ΔH与AB5型合金的数值相当. 合金的电化学容量随Mg含量的增加,先增大后减小,当x=0.2时合金的容量最大为389.1 mAh·g-1. 应当特别指出的是,该类合金表现出良好的低温性能,在温度为233 K时,放电量容量仍有室温时的50%以上.     

Al 掺杂对Mg2Ni 合金的电子结构及贮氢性能的影响

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法, 计算Mg_2-xAl_xNiH₄ (x=0, 0.125, 0.25)合金的晶胞体积、电子态密度、键序、电荷布居、生成焓, 分析原子间成键和结构的稳定性, 研究Al 部分替代Mg 对Mg₂Ni 合金及其氢化物的结构和储氢性能的影响. 结果表明: 随着Al 含量的增加, Mg₂Ni 合金晶胞体积减小, 不利于氢原子进入合金中, 导致合金的储氢容量降低. 在Mg_2-xAl_xNiH₄ (x=0, 0.125, 0.25)中, Mg-H和Al-H相互作用远小于Ni-H的相互作用, 随着Al 含量的增加, 氢化物生成焓减少以及Ni-H的相互作用减弱, 氢化物的结构稳定性降低, Al 部分替代Mg能有效改善Mg₂Ni 合金释氢动力学性能.