储氢合金的制备和改性
《La-Y-Ni基A2B7型储氢合金组成设计及优化研究》范文
《La-Y-Ni基A2B7型储氢合金组成设计及优化研究》篇一一、引言随着现代社会的能源需求与日俱增，传统的能源来源已逐渐不能满足可持续发展需求。
在这一背景下，氢能以其高效、清洁、可再生的特性，成为了全球科研领域的研究热点。
储氢合金作为氢能储存的关键材料，其性能的优劣直接关系到氢能的应用与推广。
La-Y-Ni基A2B7型储氢合金因具有较高的储氢容量和良好的循环稳定性，受到了广泛的关注。
本文旨在研究La-Y-Ni基A2B7型储氢合金的组成设计及优化，以期提高其储氢性能。
二、储氢合金的基本原理与性质储氢合金是一种能够可逆地吸收和释放氢气的金属材料。
La-Y-Ni基A2B7型储氢合金作为其中的一种，其组成主要由稀土元素La、Y以及过渡金属Ni等组成。
该类合金具有较高的储氢容量、良好的吸放氢动力学性能以及较长的循环寿命，是理想的储氢材料。
三、组成设计及优化策略1. 元素选择La-Y-Ni基A2B7型储氢合金的元素选择对于其性能具有重要影响。
稀土元素La和Y的加入可以提高合金的储氢容量和循环稳定性，而Ni作为主要的吸氢元素，其含量直接影响合金的吸放氢性能。
此外，适量的其他元素如Al、Cu等也可以优化合金的电化学性能和热力学性能。
2. 组成比例优化通过调整La、Y、Ni等元素的组成比例，可以优化合金的储氢性能。
采用实验设计和数据分析方法，研究各元素比例与储氢性能之间的关系，从而确定最佳组成比例。
3. 制备工艺优化制备工艺对于La-Y-Ni基A2B7型储氢合金的性能具有重要影响。
通过优化制备过程中的温度、压力、时间等参数，可以改善合金的微观结构和性能，从而提高其储氢性能。
四、实验方法与结果分析1. 实验方法采用实验设计和数据分析方法，通过调整La、Y、Ni等元素的组成比例，研究各元素比例与储氢性能之间的关系。
同时，通过优化制备过程中的温度、压力、时间等参数，改善合金的微观结构和性能。
2. 结果分析通过实验数据发现，当La、Y、Ni的组成比例在一定范围内时，合金的储氢性能达到最优。
储氢合金的制备方法与研究进展
（4）MA法在制备非晶或其它亚稳态材料（如：准 晶相、纳米晶材料、 无序金属间化合物等）方面极具特色；
（5）可在室温下实现合金化。
机械合金化概述
3.金属储氢材料应具备的条件
➢容易活化（氢由化学吸附到溶解至晶格内部），单位体积质量吸氢量大； ➢吸收和释放氢速度快，氢扩散速度大，可逆性好； ➢有平坦和宽的吸放氢平台，平衡分解压适中。用作储氢时，室温分解压为
0.2-0.3MPa, 做电池时为0.0001-0.1MPa.
➢吸收和释放过程中的平台压之差小，即吸放氢滞后小。 ➢反复吸放氢后，合金粉碎量小，性能稳定； ➢有效导热率大； ➢在空气中稳定，不易受N2, O2，水蒸汽等毒害； ➢价格低廉，不污染环境。
气体雾化法
一种新型的制粉技术。 优点：① 可直接制取球形合金粉；② 可防止偏析，均匀、细化合金组织。
③ 工艺周期短，污染小。 缺点：① 氢压平台平坦性差。② 易产生晶格变形。常需采用热处理予以
消除
熔体淬冷（急冷）法
特点：① 可抑制宏观偏析，析出物细化，从而合金电极寿命长。 ② 组织均匀，吸放氢特性良好。 ③ 晶粒细小，使合金特性得到改善。
储氢合金的分类
能够基本上满足上述要求的主要合金成分有：Mg，Ti，Nb，V，Zr和稀土 类金属、添加成分有Cr，Fe，Mn，Co，Ni，Cu等。
目前研究和已投入使用的储氢合金主要有稀土系、钛系、镁系几类
AB5型稀土系及钙系储氢合金
储氢合金 的分类
AB2型Lare相储氢合金 AB型钛系储氢合金 A2B7型镁系储氢合金
储氢合金的制备方法与研究进展60页PPT
45、自己的饭量自己知道。——苏联
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
储氢合金的制备方法与研究进展
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
储氢材料(研究生功能材料)
改性措施
多元合金化。以Mn和Al部分取代Ni效果最佳，它们能够强烈降低吸氢平衡压 力，其中Mn的置换可以较好保持原合金的储氢容量，而Al元素则显著缩小吸 放氢滞后压力差。
储氢合金的研究与发展（续）
（3） MlNi5系合金
MlNi5系合金是在LaNi5的基础上，以混合稀土金属代替La而形成。我国浙江大
p1/22 [H]M H
② 固溶体进一步与氢反应，产生相变，生成金属氢化物相（β 相）：
1/( y x)MHx H 2 2 /( y x)MHy H
③进一步提高氢压，氢含量略有增加。
金属储氢原理（续）
金属－氢系的相平衡 金属－氢反应的特点：
①可逆反应 ②正向吸氢、放热 ③逆向放氢、吸热
p3 p2 T3 T2 T1<T2<T3
氢 压 力
p1 A
④温度（T）、压力（p）、成分 (c)控制着反应的进行方向
⑤温度升高，氢平衡压力升高， 而有效氢容量减少 ⑥吸氢和释氢时，虽在同一温度， 但氢平衡压力不同，即出现滞后现 象
吸氢 T1 滞后 放氢 B 平坦区域
0 低
H/M 氢浓度
高
最大吸氢量
储氢合金的p-c-T曲线
改性措施
在LaNi5的基础上通过合金元素对La和(或)Ni的部分组元取代。 如：LaNi5-xMx（M：A1、Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、Pd、Pt等） La1-xRexNi5（Re：Ce、Pr、Nd、Sm、Y、Gd、Th、Zr等）
储氢合金的研究与发展（续）
（2） MmNi5系合金
MmNi5系合金是在LaNi5的基础上，以混合稀土金属代替La而形成的一系列合金。 （Mm：富Ce（Ce%≥40%）混合稀土）。
镁-镍储氢合金材料的研究
镁-镍储氢合金材料的研究前言：Mg-Ni合金是最重要的镁系储氢合金之一，对镁镍合金的研究很能代表镁基合金的发展。
其中镁是吸氢相，镍是吸氢过程中的催化相，Ni的加入不仅大大地改善了纯Mg的吸放氢热力学和动力学性能，同时还保持了其吸放氢容量大的优点。
它这种优越性已经引起世界各国的广泛研究，并取得一定成果。
一、镁基储氢合金储氢的基本原理镁系储氢合金具有储氢量高，低成本，轻质化等优点。
在300～400。
C和较高的氢压下，镁可与氢气直接反应，反应生成MgH2 。
MgH2在287。
C时的分解压为101.3kPa，其理论含氢量（质量分数）可达7.65% ，具有金红石结构，性能比较稳定。
由于纯镁吸氢和放氢速率都很慢，而且放氢温度高，因此人们很少用纯镁来存储氢气，而是通过合金化或制成复合材料的办法来改善镁的充放氢性能。
二、镁镍储氢合金（Mg2Ni）介绍及性能特点镁基储氢合金是最有潜力的金属氢化物储氢材料之一, 近年来已引起世界各国的广泛关注。
过渡金属、稀土金属和碱土金属是3类主要考虑的合金化元素。
过渡金属中，Ni被认为是最好的合金化元素。
因为根据Miedema规则，储氢合金最好由一个强氢化物形成元素和一个弱氢化物形成元素组成。
Ni与氢的结合力较弱，氢化物形成焓低，Mg2Ni吸氢后形成Mg2NiH4，形成焓为-64．5kJ／mol・H2，较MgH2低。
Ni对氢分子具有催化活性，在电化学储氢中，过多的Ni还具有抗阳极氧化的能力。
Mg2Ni氢化后结构发生较大变化，由六方晶胞膨胀并重组为萤石结构的高温相(>250℃)，而低温相由高温相发生轻微的扭曲形成。
一般认为Mg2NiH4是一种配位氢化物，H与低化合价过渡金属Ni组成[NiH4]4-配位体，而电负性较低的Mg原子贡献两个电子以稳定配位体结构。
因此H并不是存在于Mg2NiH4晶格的间隙。
镁镍基储氢材料具有以下几个特点: (1)储氢容量很高, Mg2NiH4 的含氢质量分数w达到3.6%;(2)镁是地壳中含量为第六位的金属元素, 价格低廉, 资源丰富; (3)吸放氢平台好; (4)无污染.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)。
储氢合金的制备技术及发展与现状综述
储氢合金的制备技术及开展与现状摘要：氢能是人类未来的理想能源。
一是因它具有较高的热值;如燃烧1kg的氢气可产生1.2 5x106kJ的热量,相当于3kg汽油或4.5kg焦碳完全燃烧所产生的热量。
再是氢资源丰富;我们知道,地球外表接近3/4是被水覆盖的,水中含氢量到达11.1%(虽然目前工业上主要是分解一些简单的有机物如甲烷来制得氢,但以后有可能通过分解水来制得氢)。
而其最大的优点是燃烧后的产物是水,不会产生环境污染的问题。
储氢材料(hydrogen storage material)是能可逆地吸收和释放氢气的材料。
就储氢材料的开展方向而言,大致可分为碳系列储氢材料和金属合金系列储氢材料。
本文主要讲述储氢合金材料的制备〔如Mg-RE-Ni系储氢合金〕、现状及开展。
关键词：储氢合金材料制备技术现状开展1、储氢合金分类迄今为止，人们对许多金属和合金的储氢性质进展了系统研究，现已开发出稀土系、钛系、锆系和镁系等几大类。
典型的储氢合金一般由A、B两类元素组成，其中，A是容易形成稳定氢化物的金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、稀土等，他们控制着储氢合金的储氢量，与氢的反响为放热反响；B是难于形成氢化物的金属，如Ni、Fe、Co、Mn、Cu、Al、Cr等，他们控制着储氢合金吸放氢的可逆性，起调节生成热与金属氢化物分解压力的作用，氢溶于这些金属时为吸热反响。
A、B两类元素按照不同的原子比组合起来，就构成了集中典型的储氢合金，如：AB5型稀土系、AB2型Laves相系、AB型钛系和A2B型镁系等2、储氢合金的制备储氢合金的制备方法对其性能有着重要的影响，各种类型的合金也有不同的制取方法，其中包括感应熔炼法、电弧熔炼法、粉末烧结法、机械合金化法、置换扩散法和燃烧合成法等。
一下简单介绍几种制备方法2.1、感应熔炼法通过高频电流流经水冷铜线圈后，由于电磁感应使金属炉料产生感应电流，感应电流在炉料中流动并产生热量，从而使金属炉料被加热和熔化。
储氢合金的制备和改性
HCS 设备
HCS的优点
由于镁的熔点(923K) 和镍的熔点(1728K) 相 差很大,所以在传统熔炼法制备镁镍合金 (Mg2Ni) 的过程中镁极易挥发,为了得到符 合化学计量的产物,需要反复添加镁并重新 熔融;同时得到的合金还要在粉碎后经过10 次以上的吸放氢循环(710MPa 氢气,室温条 件下吸氢;011MPa 氢气,673K 条件下放氢) 才能得以活化。
储氢合金的制备和改性
信息来源
• 公网 • Web of Science
文章出处
• 金属功能材料 ，第16卷 第5期，2009年10月 • 南开大学学报（自然科学版） ，第38卷 第2期， 2005年4月 • 粉末冶金技术，第23卷 第3期，2005年6月 • 材料导报，第24卷 第1期，2010年1月（上） • 化学研究与应用，第16卷 第1期，2004年2月 • Phys. Status Solidi A 207, No. 5, 1144–1147 (2010)
相比之下,氢化燃烧合成法制备Mg2NiH4 的过程具有省能、节时、设备简单的优点,具 体表现在: (1) 合成过程在炉温低于870K条件 下进行,避免了镁的挥发,可直接从镁镍混合粉 末制备出符合化学计量的镁镍储氢合金; (2) 中 间固相反应产物具有组织疏松、比表面积大和 活性高,易发生氢化反应的特性,可以合成-氢化 一步法直接获得高纯度的产物,无需活化处理 工艺。
机械合金化法制备镁基储氢合金 的研究进展
马行驰1 ,岳留振2 ,何国求3 ,何大海4 ,张俊喜1 (1 上海电力学院能源与环境工程学院;2 上 海汽车集团股份有限公司技术中心;3 同济大学 材料科学与工程学院;4 国家磁浮交通工程技术 研究中心)
机械合金化是20 世纪80 年代发展起来的 一种重要的结构改性方法,不仅可以方便地控 制合金的成分,还可以直接得到纳米、非晶、 过饱和固溶体等亚稳态结构的材料。采用机械 合金化制备非晶态储氢材料是制备非晶合金材 料最原始、最简单的方法。它是将2 种或多种 纯金属粉末放在球磨机中,在惰性气体的保护 下研磨若干小时制成。用此法制成的合金具有 很大的比表面积,还可制成纳米尺寸的合金,控 制球磨速度亦可制成晶态合金。
机械合金化法制备镁基储氢合金的研究进展
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 机械合金化法制备镁基储氢合金的研究进展3马行驰1 ,岳留振2 ,何国求3 ,何大海4 ,张俊喜1(1 上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090 ;2 上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海201804 ;3 同济大学材料科学与工程学院,上海200092 ;4 国家磁浮交通工程技术研究中心,上海201204)摘要机械合金化法是制备镁基储氢合金的较佳工艺。
对近年来机械合金化法制备镁基储氢合金的研究开发,特别是在多元合金化、复合储氢合金等方面的发展进行了系统阐述。
总结认为,机械合金化法可以显著改善镁基储氢合金的动力学性能和电化学性能,提高储氢量。
未来镁基储氢合金应向复合材料、新方法与机械合金化法相结合、材料的计算机设计等方面发展。
关键词镁基储氢合金机械合金化储氢性能复合材料Research Development of Mechanical Alloying Used toSynthesize Mg2based Hydrogen Storage AlloysMA Xingchi1 , YU E Liuzhen2 , HE Guoqiu3 , HE Dahai4 , ZHAN GJ unxi1(1 College of Energy and Environment Engineering , Shanghai University of Elect ric Power , Shanghai 200090 ;2 SAIC Motor Technical Center , Shanghai 201804 ;3 College of Material Science and Engineering ,Tongji University , Shanghai 200092 ;4 National Maglev Transportation Engineering R &D Center , Shanghai 201204)Abstract Mechanical alloying is a better technology used to synthesize Mg2based hydrogen storage alloys. Inthis paper , the research and development progress of Mg2based hydrogen storage alloys prepared by mechanical allo2ying in recent years are reviewed , especially f rom the aspect s of multi2component alloying and composite hydrogenstorage alloys. It is held in the summary that mechanical alloying could obviously improve the kinetics and elect ro2chemist ry properties and increase the hydrogen storage capacity of Mg2based hydrogen storage alloys. Composite ma2terial , new method based on mechanical alloying and computer aided design are the development t rends of Mg2basedhydrogen storage alloys in the future.Key words Mg2based hydrogen storage alloys , mechanical alloying , hydrogen storage properties , compositematerials3 国家“973”重点基础研究发展计划资助项目(2007CB714704) ;国家自然科学基金资助项目(50771073)马行驰:男,1980 年生,博士,讲师,主要从事金属功能材料研究Tel :0212654304102355E2mail :maxingchi1980 @163. com0 前言随着人类社会的进步和发展,传统能源———石油、煤日渐枯竭,并带来严重的环境污染,使人类面临着能源、资源和环境危机的严峻挑战[ 1 ] 。