高容量鎂基儲(chǔ)氫材料的制備和吸放氫性能研究.pdf

1、鎂因其高儲(chǔ)氫容量(7.6 wt.％)和低成本而被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ妮p質(zhì)儲(chǔ)氫材料之一，但其目前還存在放氫溫度高、吸/放氫速率較慢等問題。本文在對(duì)國內(nèi)外鎂基儲(chǔ)氫材料的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，選擇Mg或MgH2與Ni2P、過渡金屬氟化物復(fù)合球磨改性為研究內(nèi)容，采用反應(yīng)球磨方法制備了不同配比的鎂基儲(chǔ)氫復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了球磨產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)和吸放氫性能；此外，還探索了微/納米鎂儲(chǔ)氫材料的蒸發(fā)傳輸沉積制備技術(shù)。
　　 對(duì)Mg+x wt.

2、％Ni2P(x=0，5，10，15)體系儲(chǔ)氫性能和微觀結(jié)構(gòu)的研究表明：在純Mg中添加Ni2P進(jìn)行復(fù)合球磨，可以明顯地提高其吸/放氫性能以及循環(huán)穩(wěn)定性。球磨純Mg樣品在493 K溫度下，10 min內(nèi)的吸氫量僅為2.02 wt.％，其在573 K、60 min內(nèi)的放氫量僅為1.40 wt.％，而添加Ni2P球磨的復(fù)合物可在433K下、30 s內(nèi)基本完成吸氫過程。其中添加10 wt.％Ni2P球磨的樣品具有最佳的綜合儲(chǔ)氫性能，其在433 K

3、、60 s內(nèi)的吸氫量達(dá)到5.02 wt.％，在393 K、120 s內(nèi)的吸氫量也可達(dá)到4.59 wt.％；其在573 K、20 min內(nèi)的放氫量達(dá)5.62 wt.％。此外，Mg+10 wt.％Ni2P復(fù)合物的吸/放氫性能隨著球磨時(shí)間的增加而提高，其中球磨60 h的復(fù)合物在453 K、60 s內(nèi)的吸氫量為5.71 wt.％，在573 K、5 min內(nèi)的放氫量可達(dá)5.08 wt.％。XRD、SEM和DSC分析表明：以細(xì)小的顆粒彌散在Mg基體

4、表面的Ni2P以及在吸/放氫循環(huán)過程中生成的Mg2NiH4和Mg3P2，為H的擴(kuò)散提供了大量的快速擴(kuò)散通道和催化活性中心；同時(shí)，添加Ni2P球磨能有效地抑制Mg/MgH2在吸/放氫過程中的團(tuán)聚傾向，從而較好地改善了鎂的吸/放氫性能。
　　 對(duì)MgH2+10 wt.％MFn(MFn=TiF3，F(xiàn)eF3，NbF5，CeF3)體系儲(chǔ)氫性能和微觀結(jié)構(gòu)的研究表明：在MgH2中添加TiF3、FeF3、NbF5進(jìn)行復(fù)合球磨，可以明顯地提高其吸

5、/放氫性能，其在較低的溫度范圍(313 K-473 K)內(nèi)即具備較好的吸氫能力。添加TiF3、FeF3、NbF5的復(fù)合樣品在573 K、60 s內(nèi)的吸氫量依次可達(dá)5.22wt.％、5.57 wt.％和5.67 wt.％；其在573 K、10 min內(nèi)的放氫量依次為6.05 wt.％、6.47 wt.％和6.14 wt.％。進(jìn)一步研究了在MgH2中添加(5 wt.％TiF3+5 wt.％NbF5)和(5 wt.％TiF3+5 wt.％Fe

6、F3)進(jìn)行復(fù)合球磨改性，研究結(jié)果表明：球磨產(chǎn)物表現(xiàn)出了更加優(yōu)越的吸/放氫性能。MgH2+5 wt.％TiF3+5 wt.％NbF5和MgH2+5wt.％TiF3+5 wt.％FeF3復(fù)合樣品在473 K下、10 min內(nèi)的吸氫量分別為5.61 wt.％和5.73 wt.％；在573 K、10 min內(nèi)的放氫量分別為5.95 wt.％和6.47 wt.％。XRD、SEM和DSC分析表明：在球磨過程中產(chǎn)生的大量的缺陷和應(yīng)力、以細(xì)小的顆粒彌散

7、在Mg基體表面的氟化物以及在吸/放氫循環(huán)過程中生成的活性物質(zhì)，為H的擴(kuò)散提供大量快速的擴(kuò)散通道和催化活性中心，同時(shí)添加氟化物球磨可以降低體系的放氫溫度，從而較好地改善了鎂基材料的儲(chǔ)氫性能。
　　 對(duì)微/納米鎂儲(chǔ)氫材料的蒸發(fā)傳輸沉積制備技術(shù)的研究表明：保護(hù)氣體流量、沉積溫度、蒸發(fā)溫度均對(duì)所制備Mg的顆粒尺寸和形貌有較大影響。在同等條件下，隨著氣體流量從50 ml/min增加至150 ml/min，所制備Mg的顆粒形狀呈現(xiàn)出由六棱柱