鎂基合金的吸放氫動力學模型與機理研究.pdf

1、具有良好吸放氫動力學性能的儲氫材料一直是廣大研究者探索的熱點。鎂基合金因其豐富的資源，較高的吸放氫容量而備受關注。但純鎂仍存在一系列問題，比如動力學性能較差、活化困難、放氫溫度高等缺點，限制了其實際應用。稀土-鎂系儲氫合金具有儲放氫條件溫和、平臺壓適中、原料儲量豐富等優(yōu)點，在能源儲存和利用方面顯示出良好的應用前景。本文針對合金吸放氫過程中的擴散控速與界面控速兩種控制機制提出了一系列易于應用的動力學模型公式，包括反應時間與反應分數、最優(yōu)氫

2、化溫度與對應的最小特征時間等關系式。采用粉末燒結法與氫化燃燒合成法兩種工藝制備鎂基儲氫合金，并用推導模型系統(tǒng)研究了合金的吸放氫動力學性能。另外，本文還歸納了部分文獻中的動力學實驗數據，利用推導的模型研究了文獻中鎂系合金的吸放氫動力學，并進一步驗證了模型的正確性。
　　通過對富鎂儲氫合金的相關動力學數據進行模型分析，發(fā)現 Nd的添加對改善鎂基儲氫合金吸氫動力學性能較為顯著，在提升吸氫量的同時，能將活化能降低至79.29 kJ/mol

3、 H2，最優(yōu)反應溫度（696 K）、4 MPaH2條件下吸氫完成所需的特征反應時間（83 s）最少。Mg95Ni5與少量Zr0.7Ti0.3Mn2形成的富鎂儲氫合金吸氫活化能為109.85 kJ/mol H2，所需特征時間僅為49 s，比純鎂有大幅度降低，主要受界面控速為主，模型擬合相關系數平方值R2高達0.99045。
　　經過對 Mg2Ni基三種儲氫合金吸放氫動力學實驗數據的擬合分析可得出：三種合金均受擴散控速。其中，采用球磨

4、制備的Mg2Ni合金擬合度R2最高（0.98186），活化能為110.326 kJ/mol H2，在4 MPaH2下最優(yōu)溫度707 K所需特征時間僅為109 s，整體效果最佳。放氫動力學結果顯示：在不同磁場下制備的三種合金中，4MPaH2下的合金放氫速率最快，623 K時僅需約160 s就能夠將氫全部釋放出來，遠遠快于前兩者。三種合金的模型擬合度較高，R2均大于0.95，2MPaH2下得到的合金活化能最低，為161.371 kJ/mol

5、 H2。
　　La-Mg系復合儲氫材料動力學擬合結果顯示：Ni的加入對La-Mg系復合儲氫材料的吸氫動力學改善效果最佳，在573 K及2 MPa H2條件下，達到3.87 wt.％的最大吸氫量所需時間僅為250 s，并且在80 s內就能達到最大吸氫量的90%。模型擬合分析后發(fā)現：不同壓力條件下的動力學數據都可用擴散控速模型進行擬合，R2均大于0.98，La2Mg17-Ni的吸氫活化能為39.492 kJ/mol H2，最優(yōu)氫化溫度