(完整版)镁基储氢材料发展进展VIP免费

Mg基储氢材料的进展一、课题国内外现状氢能作为一种资源丰富，能量高，干净无污染的二次能源已经引起了人们的极大兴趣［1］，随着“氢经济”（以氢为能源而驱动的政治和经济）时代即将来临，氢能成为新世纪的重要二次能源已为科学界所广泛认同。氢能的发展涉及到很多方面，如氢能技术、工程、生产、运输、储存、经济及利用等，其中储存问题是制约整个氢能系统应用的关键步骤，在已经探明的储存方法中，金属氢化物储氢具有储氢体积密度大、安全性好的优势，比较容易操作，运行成本较低，因此，金属氢化物技术的开发与研究近年来在世界各国掀起极大的热潮。其中，由于Mg密度小（1.74g/cm3）、储氢能力高（理论上可达到7.6wt.％）、价格低、储量丰富而使之成为一种很有前途的储氢合金材料。在众多储氢合金中，Mg基储氢合金因其储氢量大且资源丰富，价格低廉，成为最具潜力的储氢材料［2］。然而，镁及其合金作为储氢材料也存在吸放氢速度慢、温度高及反应动力学性能差等缺点，因而严重阻碍了其实用化的进程。研究表明，将Mg基合金与具有催化活性的添加剂（过渡金属、过渡金属化合物、AB5型储氢合金等）混合球磨制备Mg基合金复合材料是提高Mg基合金吸/放氢性能的有效途径之一。针对上述Mg基储氢复合材料的研究，科研工作人员围绕以下几个方面展开工作：（1）镁与单质金属复合在球磨过程中添加其它单质金属元素，特别是过渡金属元素对镁的吸放氢性能有明显的改善作用。用于镁基材料复合的单质金属元素主要包括Pd、Fe、Ni、V、Ti、Co、Mo等。Milanese等［3］研究了Al、Cu、Fe、Mn、Mo、Sn、Ti、Zn、Zr对镁吸放氢性能的影响，发现A1、Cu、Zn有助于镁的吸放氢，只有Cu能降低MgH2的稳定性，从而使其放氢温度降至270°C。Kwon等⑷球磨MglO%Ni5%Fe5%Ti混合材料，复合后其在300C、1.2MPaH2条件下吸收氢，吸氢时间分别为5min和1h，吸氢量分别为5.31%（质量分数，下同）和5.51%。初始吸氢速率从200C升到300C时增长较快，但在350C时开始下降，放氢速率从200C升到350C时速度快速增长。他们认为添加的Ni、Fe和Ti元素能够产生活性点，并降低颗粒粒度，从而减少氢原子的扩散距离，形成新的高活性表面。同时，Ni、Fe、Ti也起到活性基点的作用，并能在球磨过程中创造缺陷，这些缺陷可以起到活性基点的作用，产生裂缝并能降低颗粒粒度。Varin等卩在镁中添加0.5%〜2.0%的纳米镍粉进行球磨储氢，结果表明，球磨70h后，MgH2的粒径只有11〜12nm，当镍的添加量增加到2%时,储氢速率明显加快，球磨15h,储氢密度就可达到6.0%以上；与MgH2相比，放氢温度降低了50°C,放氢速度也有所加快，300°C时17min放氢量可达5.0%,与纯镁的吸放氢相比，其动力学性能得到了较大改善。添加金属改善镁储氢性能的机理主要有以下几点：活性金属能在球磨过程中创造缺陷同时起到活性点的作用，促进镁的吸放氢；抑制镁颗粒的团聚；起到催化作用，改变反应路径或者促进H2的扩散及解离过程等。（2）镁与化合物复合金属氧化物能在机械球磨过程中改善MgH2的动力学性能。普遍认为是由于它们对镁颗粒表面的氢脱离和结合有催化作用，加速了气固相反应。Oelerich等⑹将多种金属氧化物（Sc2O3、TiO2、V2O5、Cr2O3、Mn2O3、Fe3O4、CuO、Al2O3、SiO2）与MgH2混合球磨后发现，除SiO2外其余氧化物均能不同程度地改善其吸放氢性能，其中添加Cr2O3时吸氢速率最快，而添加V2O5和Fe3O4时放氢速率最快。Ares等⑺用MgO证明氧化物对金属镁储氢具有明显的改善作用，MgH2与MgO—起球磨后，无论是吸氢过程还是放氢过程较未添加MgO时都有明显的改善。金属间化合物如LaNi5、Mg2Ni等也能明显改善Mg的储氢性能。Liang等⑻利用球磨法制备了Mg-x%LaNi5（x=10、20、30、50）复合材料。球磨30min制备的Mg-30%LaNi5在1MPa、300C条件下储氢，储氢密度为4.3%；而Mg-50%LaNi5在长时间球磨后转变为Mg+LaHx+Mg2Ni复合物，250C时500s内储氢密度可达至到2.5%，300C时储氢密度达到最大值4.1%。其动力学性能得以改善的原因是复合物相界面的增加，以及多孔结构加快了其吸氢速度。卤化物（NaF、NaCl、MgF2和CrCl3）的添加能对Mg和Mg-Ni合金的吸放氢行为产生积极的影响加卤化物与Mg或...