镍-金属氢化物电池中的几个物理问题

镍－金属氢化物（Ｎｉ－ＭＨ）电池是贮氢全金研制成功之后的产物。新的高性能贮氢合金的研制是提高Ｎｉ－ＭＨ电池性能的关键之一。文章对贮氢合金的贮氢机制,如贮氢原理,从表面吸附、渗透、体内扩散、相变及其可逆过程,不仅从化学而且从物理学方面作了说明。同时也讨论了贮氢材料的宏观、微观结构对性能的影响,并提出了一个些值得进一步探讨的问题。     

纳米Mg-Ni合金的制备技术

纳米Mg-Ni贮氢材料具有成本低，活化容易、贮氢容量大，吸放氢动力学性能优异等特点，有很大的应用前景。本文用机械合金化法进行了纳米Mg-Ni合金的制备，且对制备的粉末进行了XRD，TEM，SEM等微观结构的分析。     

铪-氘反应动力学研究

金属钛作为高真空环境下的贮氢材料，具有易氢脆和固氦能力差等固有缺陷。金属铪和钛同为VIB族元素，贮氢体积密度相近，但铪的吸氢体胀率（15％）远小于钛的（24%），因而可望在抗氢脆方面较钛有所改善。文中研究铪吸氘反应动力学，获得铪氘反应的速率常数和表观活化能，从而评价铪吸氘的动力学性能。     

表面修饰纳米TiO2的贮氢合金电极的光充电行为

采用水解-沉淀法制备了锐钛矿结构的纳米级TiO2,研究了表面修饰TiO2的贮氢合金电极的光充电、循环伏安及交流阻抗特性.结果表明,表面未修饰TiO2的贮氢合金电极在光照下电极电位基本无变化,而表面修饰TiO2的贮氢合金电极在光照下,电极电位向负方向偏移,可达-0.835V,表明在光照射条件下电极表面有氢原子形成.电化学阻抗谱的结果也表明,表面修饰电极在光照时表面有吸附氢存在,并存在氢原子向贮氢合金内部的扩散过程.扫描电镜观察表明,表面修饰TiO2的贮氢合金电极在光充电后产生的氢原子被贮氢合金吸收引起膨胀,导致表面出现大量微裂纹.     

高性能贮氢电极合金

在简要介绍有关贮氢合金及镍－氢化物（Ｎｉ／ＭＨ）电池概念的基础上，回顾了ＡＢ５型和ＡＢ２型Ｌａｖｅｓ相贮氢电极合金的发展历史，综述了国内外有关上述两种贮氢电极合金的最新发展，讨论了提高贮氢电极合金综合电化学性能的各种方法．     

钛（锆、铀）-氢体系氢同位素效应

钛和锆是两种性能优良的贮氢材料,在氚工艺中常作为膜材料贮存氚气或氘氚混合气,而铀通常作为氘氚原料气的气源材料使用,因此,这几种金属材料与氢作用时的同位素效应对产品性能将有很大的影响,有必要进行深入研究。     

贮氢材料及其纳米化

 70年代席卷全球的石油危机促使各国开始寻求新型的、来源充足的能源;随着环境意识的加强,人类迫切需要一种清洁能源。氢能作为一种来源丰富、清洁、高能量密度的能源(见表1),早就引起了人们的关注。不过由于氢是一种密度很低的气体,传统氢气贮运以气体、液体状态为主。气态贮运贮存量小,液态贮运需消耗大量液化热,而且需要杜瓦瓶等附属设备;它们的安全性能均很差。1970年荷兰菲利普实验室发现ＬａＮｉ5材料具有可逆吸放氢的特性,贮氢体积密度高于液氢(见表2),安全性能很高;他们还指出贮氢材料具有广阔的开发前景,从而引起全球贮氢材料研究的浪潮。     

离子束溅射沉积Ti-Ni薄膜及其电化学性能的研究

利用离子束溅射沉积的方法在不同基片温度条件下制备了不同成分的Ti-Ni贮氢薄膜，研究了其电化学贮氢性能。结果表明：用离子束溅射沉积制备的Ti-Ni薄膜的结构为非晶状，薄膜对基片的附着力较强，在冲放电循环50次后仍为非晶态；在基片温度为350℃时制备的薄膜的结构为晶态，在多次放电循环后呈现非晶化趋势；Ti-Ni薄膜具有较高的电化学活性，晶化薄膜比晶态薄膜的最大放电容量高，但晶化薄膜的循环稳定性差。     

Mg2 Ni贮氢合金的结构、性能与改性

Mg2Ni合金以价格低廉、高能量密度,而引起人们的广泛关注。本文对Mg2Ni贮氢合金的结构、性能特别是电化学性能,以及常用的改性方法进行综述。     

金属氢化物放氢过程数值分析

通过分析外壁处有恒温热源条件下贮氢合金放氢过程的传热现象,建立多孔介质的传热模型,研究分析了真空烧结的多孔贮氢复合材料放氢过程中温度场和速度场变化规律．计算结果表明,当反应焓变小于外界传入的热量时,温度逐渐上升．由于从内壁到外壁热阻很大,导致靠近内壁处温度难以上升,氢气也就难以释放,故为提高合金利用率,须减小传热间隔,并适当提高初始温度。氢气流速刚开始时大,很快趋于平稳．孔隙率对温度分布和流速影响很大,孔隙率越大,则气流速度更平缓易于控制,但使合金含氢量减小．选取合适的贮氢合金孔隙率对金属氢化物放氢过程较为关键．     

氦在球磨贮氢合金中的存在行为研究

通过正电子寿命测量及结构分析，研究了氦气氛球磨LaNi4.75Al0.25和Zr50Co50贮氢合金中氦的存在行为.研究结果表明：随着气氛压力增加，氦的溶入量增加，相对而言，LaNi4.75Al0.25更有利于氦的溶入；球磨样品正电子寿命的特征参数发生变化，这表明氦在材料中存在行为的差异；对于Zr50Co50合金，氦首先填充在超细晶粒的三叉晶界或空位团处，随着气氛压力增加，有小部分氦填入单空位的自由体积处，形成空位-氦复合体；对于LaNi4.75Al0.25合金，氦首先进入单空位大小的自由体积中，形成空位 关键词： 正电子寿命 氦引入 高压球磨 贮氢合金     

氢对钒合金拉伸性能的影响

作为聚变堆结构材料，钒合金具有许多显著的性能优势。一方面，它是一种较典型的低活化结构材料，可显著地降低因中子辐照而产生的诱生放射性污染。另一方面，它具有高的高温强度、耐中子辐照和抗液态金属腐蚀，使用寿命长。但是，就目前而言，钒合金应用仍然存在几个关键问题。主要是中子辐照脆性、氢脆和高温氧化等。已有的研究结果表明，钒合金的韧性受合金成分及组织结构的影响较大。目前世界上普遍认为V－Cr-Ti合金具有较好的性能，而其中以V－4Cr-4Ti的韧性最好，且有较好的高温蠕变性能，其韧脆转化温度被认为在液氮温度以下，并具有较好的抗氢脆性能。为认识钒合金的氢脆行为和氢脆断裂机理，本文研究了自行研制的两种钒合金在渗氢后的拉伸性能，通过比较和断口微观分析，掌握其氢脆断裂机理。     

元素替代对MgH2储氢材料释氢影响机理的第一原理研究

用基于密度泛函理论的赝势平面波第一原理方法研究金属元素替代对MgH₂释氢的影响机理.结果表明：带隙的宽窄和带隙中是否存在杂质能级是影响MgH₂储氢材料释氢性能的关键因素,Nb,Fe,Ti,V在能隙近中央引入杂质能级,使得MgH₂的H-Mg键键强减弱,有利于放氢.La在导带底引入杂质能级,降低带隙宽度,晶体中结合最弱的键断裂变得容易,也有利于放氢.Nb,Fe,Ti,V,La与近邻氢原子间形成共价键,形成金属氢化物,对释氢起到催化作用.La与H间的共价作用较弱,其金属氢化物的催化作用相对较弱.掺杂元素使Mg与周围H的静电作用力不对称,与Mg作用力小的H容易释放出来,起到提高MgH₂释氢的作用.比较发现V,Fe明显降低Mg-H间的离子键强度.     

V/Pd界面氢吸附扩散行为的第一性原理研究

采用钒/钯(V/Pd)金属复合膜渗氢是从混合气体中分离氢气的一种有效实用方法.为深入地了解催化Pd层与金属膜结合处的界面结构与吸氢/渗氢特性的关联性,进而提升合金膜提纯氢气的能力,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了V/Pd金属复合膜界面的氢吸附/扩散行为.研究结果表明:由于V/Pd界面的电荷密度随着V/Pd成键而增加,导致氢原子(H)溶解能随着接近界面而增大,在V/Pd界面附近具有最高的溶解能(0.567 eV).氢迁移能垒计算表明,与H沿V/Pd界面水平扩散的最大能垒(0.64 eV)相比,H垂直V/Pd界面能垒(0.56 eV)更小,因而H倾向于垂直V/Pd界面进行迁移,并由Pd层扩散到V基体一侧,因V/Pd界面处Pd层的氢溶解能(0.238 eV)高于V膜侧(-0.165 eV),H将在界面的V膜侧积累,易引起氢脆.V基体掺杂Pd/Fe的计算表明,与未掺杂的能垒(0.56 eV)相比,掺杂Pd/Fe可明显地降低界面扩散路径中的最大能垒(0.45 eV/0.54 eV),利于氢的渗透扩散,且掺杂界面能一定程度抑制V和催化Pd层的相互扩散,提高复合膜的结构稳定性.     

Ti-Hf合金的结构和吸氘热力学性质

纯Ti吸收氢同位素后体膨胀导致的氢脆严重制约了器件性能。掺杂改性一直是改善贮氢金属材料性能的有效手段。选择Hf为掺杂元素,主要基于以下两方面考虑一是Hf与Ti是同族元素,无限互溶,且Hf本身也是吸氢元素,预计Hf掺杂对Ti的贮氢性质影响较小;     

低温液氮贮箱增压性能及热分层研究

对以液氮为工质的低温贮箱进行了增压实验,气枕压力分别从常压增压至1.93bar、1.53bar、1.21bar,由于实验过程中液位的变化影响,增压速率依次略有下降。建立了贮箱增压数值模型,对1.93bar增压过程进行了模拟分析并与实验值进行了对比。对三组增压实验过程中液氮表面的温度分层情况进行了研究,结果表明液相温度分层主要存在于液氮表面,并且温度分层情况受气枕压力的影响明显,液相主流温度区几乎不随气枕压力变化。     

低温液氮贮箱增压性能及热分层研究北大核心

对以液氮为工质的低温贮箱进行了增压实验,气枕压力分别从常压增压至1.93bar、1.53bar、1.21bar,由于实验过程中液位的变化影响,增压速率依次略有下降。建立了贮箱增压数值模型,对1.93bar增压过程进行了模拟分析并与实验值进行了对比。对三组增压实验过程中液氮表面的温度分层情况进行了研究,结果表明液相温度分层主要存在于液氮表面,并且温度分层情况受气枕压力的影响明显,液相主流温度区几乎不随气枕压力变化。     

低温液氮贮箱静置增压及放气特性分析

由于外部漏热的影响,静置时低温贮箱内的气枕压力会逐渐升高,压力升高相应地会改变贮箱内气相空间的温度分布。文中对低温液氮贮箱进行了静置增压过程实验,结果表明:增压所耗时间随气枕压力升高而增大,气相空间垂直方向各温度在实验压力范围内也相应升高;低温贮箱在不同的气枕压力下进行了放气过程实验,并对泄压过程中气体流量随气枕压力的变化进行了分析。     

磁性蓄冷材料Er_3Ni的吸氢量研究

磁性蓄冷材料Er3Ni在液氦温区的回热式低温制冷机中已经被广泛应用,在以He-H2混合气体为工质的脉管制冷实验中发现Er3Ni与H2会发生反应,其产物在一定程度上提高了制冷机的性能,本文基于金属储氢过程的理论框架,分析了Er3Ni吸氢的机理,并推算了Er3Ni的理论吸氢量.对Er3Ni在室温条件下的吸氢量进行了实验测量...     

硫酸处理的ZN-1阻尼材料的黏接性能

ZN-1阻尼材料由于具有优异的阻尼减震性能而作为夹层材料广泛用于各种阻尼结构的设计中，但其缺点是与硬铝（LY12）等金属的黏接性能较差。要改善其黏接性能，必须采用适宜的表面处理方式对其表面进行处理。试验证明，采用浓硫酸浸泡可以很好的改善其黏接性能，研究了ZN-1阻尼材料在浓硫酸中的浸泡时间对其与LY12黏接性能的影响，同时考核了ZN—1阻尼材料经酸处理后制作的黏接试样的贮存性能。