镁基储氢合金的制备及其性能的研究

发布时间：2017-04-05 13:57

  本文关键词：镁基储氢合金的制备及其性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于能源危机的产生以及人类长期使用化石能源所带来的环境问题等，需要寻找到一种对环境负担小的新型能源。镁系储氢合金因其价格低廉、储氢量大等特点而受到诸多储氢材料研究者的青睐。但镁系储氢合金的吸氢动力学性能和热力学性能差以及容易受到外界环境的影响而制约着它的发展。镁铝系储氢合金相对于其他镁系储氢材料而言，其储氢量大（理论储氢量为4.4wt%），镁和铝单质价格低廉，容易获得，降低了成本。 本文采用机械球磨的方法制备出Mg_(17)Al_(12)储氢合金。其最佳球磨参数为：球磨时间12h，不锈钢球磨罐，球磨转速为600rmp，球料比为20：1，合金是在充满氩气的不锈钢球磨罐中制备而成的，因在球磨过程中防止合金粘接在球磨罐壁上而影响合金的制备，每隔2h在充满氩气的真空手套箱中将结块的合金进行破碎。利用球磨的方法对合金进行表面复相改性制备出Mg_(17)Al_(12)+M(M=5%Cu、10%Cu、5%Ni、10%Ni、10%B、15%B、10%C、15%C)等合金。采用XRD测试分析、PCT吸放氢测试分析仪器等对合金的性能进行分析，研究出能够改善合金吸放氢性能储氢材料。研究结果表明，球磨了12小时后的Mg_(17)Al_(12)的吸放氢性能都比较好，623K高温下Mg_(17)Al_(12)的吸氢量为4.17wt%，接近理论值4.4wt%，653K下放氢率为61.9%。 通过球磨的方法制备出的Mg_(17)Al_(12)+M（M=5%Cu、10%Cu、5%Ni、10%Ni）表现出来的性能：在合金中添加Ni球磨2h后，该合金在吸氢的过程中生成了少量的Al-Ni相，在合金中添加Cu球磨2h后，该合金在吸氢的过程中生成了少量的MgCu_2。经研究发现，这些化合物在合金吸放氢过程起到了催化的作用。添加5%Cu和10%Cu合金在623K，240min的吸氢量分别为4.07wt%和3.94wt%，接近于理论吸氢量。同时添加Ni和Cu后的合金在553K下具有较好的放氢平台。 通过球磨的方法制备出的Mg_(17)Al_(12)+M (M=10%B、15%B、10%C、15%C)中，利用球磨的方法在Mg_(17)Al_(12)中添加C元素，两种合金在低温下对于吸氢能力的改善都不明显，甚至要差于Mg_(17)Al_(12)本身，高温下该合金在吸放氢能力上表现出较好的性能。而添加了B元素的Mg_(17)Al_(12)在低温高温下吸放氢能力都比较差，甚至阻碍了Mg_(17)Al_(12)的吸氢，因此，B不适合对于Mg_(17)Al_(12)合金表面复相改性。 运用机械球磨的方法，将Mg粉、Al粉、Cu粉按照原子比为17：11：1和17：10：2球磨12h获得了一种新的复合储氢合金。研究发现Mg_(17)Al_(11)Cu合金在623K，60min的吸氢量达到4.07wt%左右，吸氢速率比Mg_(17)Al_(12)+5%Cu的更快。同时该合金在553K下具有较好的放氢平台。
【关键词】：镁铝系储氢合金 球磨 复相球磨 吸放氢性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG139.7
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 前言10-22
• 1.1 氢能开发的必要性及意义10-11
• 1.2 氢的制取11
• 1.3 氢的储存11-12
• 1.4 储氢材料12-13
• 1.4.1 金属氢化物12
• 1.4.2 碳性材料12-13
• 1.4.3 配位氢化物13
• 1.5 镁基储氢合金的研究进展13-15
• 1.5.1 Mg-H_2合金13
• 1.5.2 Mg-Cu 合金13
• 1.5.3 Mg-Al 合金13-14
• 1.5.4 Mg-Fe 合金14
• 1.5.5 Mg-Ni 合金14-15
• 1.6 催化剂对镁基储氢合金改性15-19
• 1.6.1 镁基合金储氢动力学和热力学15
• 1.6.2 催化剂对动力学性能的改善15-18
• 1.6.3 催化剂对热力学性能的改善18-19
• 1.7 课题研究目的、内容、技术路线19-20
• 1.7.1 课题研究的目的19
• 1.7.2 课题研究的内容19-20
• 1.7.3 课题研究的技术路线20
• 1.8 课题研究的难点与拟解决的关键问题20-22
• 1.8.1 创新之处20-21
• 1.8.2 拟解决的关键问题21-22
• 2 试验方法22-30
• 2.1 合金的机械合金化法制备及改性工艺22
• 2.1.1 试验用原材料22
• 2.1.2 实验用辅助材料22
• 2.2 合金的制备及改性工艺22-25
• 2.2.1 Mg_(17)Al_(12)合金的制备22-23
• 2.2.2 Mg_(17)Al_(12)+5%、10%（Cu、Ni）合金的制备23
• 2.2.3 Mg_(17)Al_(12)+5%、10%（C、B）合金的制备23-24
• 2.2.4 Mg_(17)Al_(12-X)Cu_X（X=1，2）合金的制备24
• 2.2.5 最终选用的合金成分配比及球磨工艺参数24-25
• 2.3 合金物相结构的 X 射线衍射分析25-26
• 2.4 合金的气态储氢性能测试26-30
• 2.4.1 实验原理26-27
• 2.4.2 试验前准备工作27-28
• 2.4.3 吸氢动力学曲线的测试28
• 2.4.4 放氢 p-C-T 曲线的测试28-30
• 3 Mg_(17)Al_(12)合金的机械合金化法制备及测试30-38
• 3.1 Mg_(17)Al_(12)合金机械合金化制备30-32
• 3.2 Mg_(17)Al_(12)吸放氢前后的 X 射线衍射结果与分析32-33
• 3.3 Mg_(17)Al_(12)的吸放氢性能测试与分析33-36
• 3.4 本章小结36-38
• 4 Mg_(17)Al_(12)+5%、10%（Cu、Ni）合金的制备及测试38-56
• 4.1 Mg_(17)Al_(12)的表面复相球磨处理38
• 4.2 Mg_(17)Al_(12)+5%、10%（Cu、Ni）合金吸放氢前后的 X 射线衍射结果38-44
• 4.2.1 Mg_(17)Al_(12)+ xCu（x=5%、10%）合金38-43
• 4.2.2 Mg_(17)Al_(12)+xNi（x=5%、10%）合金43-44
• 4.3 Mg_(17)Al_(12)+5%、10%（Cu、Ni）合金的吸放氢性能测试44-49
• 4.4 分析与讨论49-54
• 4.4.1 机械合金化及表面复相球磨工艺49-50
• 4.4.2 Mg_(17)Al_(12)合金表面复相球磨后的性能50-53
• 4.4.3 Ni/Cu 对 Mg_(17)Al_(12)合金放氢焓变值和熵变值的影响53-54
• 4.5 本章小结54-56
• 5 Mg_(17)Al_(12)+10%、15%（C、B）合金的制备及测试56-72
• 5.1 Mg_(17)Al_(12)合金表面复相球磨处理56
• 5.2 Mg_(17)Al_(12)+10%、15%（C、B）合金吸放氢前后的 X 射线衍射结果与分析56-61
• 5.2.1 Mg_(17)Al_(12)+xC(x=10%、15%)合金56-59
• 5.2.2 Mg_(17)Al_(12)+xB（x=5%、10%）合金59-61
• 5.3 Mg_(17)Al_(12)+10%、15%（C、B）合金的吸放氢性能测试61-66
• 5.4 分析与讨论66-70
• 5.4.1 机械合金化及表面复相球磨后的工艺66-67
• 5.4.2 Mg_(17)Al_(12)合金表面复相球磨后的性能67-69
• 5.4.3 C/B 对 Mg_(17)Al_(12)合金放氢焓变值和熵变值的影响69-70
• 5.5 本章小结70-72
• 6 Mg_(17)Al_(12)-xCux(x=0，1，2)合金的制备及测试72-80
• 6.1 Mg_(17)Al_(12)-xCux(x=0，1，2)合金的制备72
• 6.2 Mg_(17)Al_(12)-xCux(x=0，，1，2)合金吸放氢前后的 X 射线衍射结果与分析72-75
• 6.2.1 Mg_(17)Al_(11)Cu 合金72-73
• 6.2.2 Mg_(17)Al_(10)Cu_2合金73-75
• 6.3 Mg_(17)Al_(12-x)Cu_x(x=0，1，2)合金的吸放氢性能测试75-77
• 6.4 Cu 对 Mg-Al 合金放氢焓变值和熵变值的影响77-78
• 6.5 分析与讨论78-79
• 6.6 本章小结79-80
• 7 结论80-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-90
• 附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录及专利90

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