储氢合金的制备方法与研究进展
Ti-Ni系储氢合金的制备方法与研究进展
Ti-Ni系储氢合金的制备方法与研究进展作者：朱永国葛静张亚媛来源：《新材料产业》 2013年第8期文/ 朱永国葛静张亚媛北京浩运金能科技有限公司自二元金属氢化物问世以来，人们一直致力于新型储氢合金的研究与开发。
为满足各种性能的要求，研究人员已开发出三元、四元等多元合金，来得到不同性能的储氢材料。
一般来说，储氢合金是由A、B两种元素组成，A为易生成稳定氢化物的金属元素，如M m（混合稀土）、镧（L a）、钛（Ti ）、锆（Z r）、镁（M g）、钙（C a）等；B为对氢亲和力小、难以形成金属氢化物的金属，如镍（N i）、钴（C o）、锰（M n）、铁（F e）、铜（C u）、铝（A l）等。
按照原子比的不同，目前研究开发的储氢合金主要分为5种类型：A B5型稀土系合金，AB2型Laves相合金，A2B型Mg基合金，V基固溶体合金，A B型T i系储氢合金。
人们通过对A B两侧元素进行替代、改进工艺等开展了大量的研究工作。
T i - N i系储氢合金主要是以T i N i、T i2N i为代表的合金体系，最早在20世纪70年代由德国人J u s t i和Ewe制备出。
研究发现，Ti-Ni系储氢合金可以通过电化学的方法可逆地吸放氢，但是由于其实际放氢量偏低、循环寿命等性能达不到实用化的要求，因而没有得到广泛应用。
此外，人们发现钛镍系合金具有形状记忆效应，且制备较为困难，因而人们对它的研究远远不及对稀土系A B5型储氢合金研究广泛，A B5型储氢合金技术成熟，已大规模商业化应用。
近年来由于国家对稀土资源出台的保护政策及其价格浮动机制，非稀土系储氢合金重新引起了人们的关注，本文主要介绍近年来Ti-Ni系储氢合金的研究进展。
一、Ti-Ni 储氢合金种类和结构的研究由钛镍相图（图1）可以看出，钛镍可形成Ti2N i、T i N i及T i N i3三种合金，其中T i2N i、T i N i为能够吸氢的合金材料。
储氢材料的研究现状+应化0903+李俊+1505091019
储氢合金的种类及研究现状（中南大学化学化工学院李俊应化0903班1505091019）摘要：本文主要介绍了储氢合金的种类和研究现状关键字：储氢，合金，能源1.定义20世纪60年代，材料王国里出现了能储存氢的金属和合金，统称为储氢合金（hydrogen storage metal）,这些金属或合金具有很强的捕捉氢的能力，它可以在一定的温度和压力条件下，氢分子在合金(或金属)中先分解成单个的原子，而这些氢原子便“见缝插针”般地进入合金原子之间的缝隙中，并与合金进行化学反应生成金属氢化物(metal hydrides)，外在表现为大量“吸收”氢气，同时放出大量热量。
而当对这些金属氢化物进行加热时，它们又会发生分解反应，氢原子又能结合成氢分子释放出来，而且伴随有明显的吸热效应。
20世纪70年代，LaNi5和Mg2Ni在荷兰Philips与美国Brookhaven实验室相继被发现具有可逆的吸放氢能力并伴随的一系列物理化学机理变化。
1973年起，LaNi5开始被试图作为二次电池负极材料采用，但由于其循环性能较差，未能成功。
1984年，荷兰Philips公司成功解决了LaNi5合金在循环中的容量衰减问题，为MH/Ni电池发展扫清了最后一个障碍。
2.研究现状能源是国民经济的基础，是人类赖以生产、生活和生存的重要源泉，随着科学技术的进步，人类社会经历了薪柴煤炭和石油三个能源阶段——从未来社会能源结构看人类一方面要面对煤、石油等矿物能源的日益枯竭另一方面又要正视矿物能源所造成的环境污染问题，如酸雨，温室效应等已给人类带来了相当大的危害。
而汽车尾气也成为大气污染的一个主要来源之一，因此寻找一种可替代传统碳氢化合物能源的新能源已成为世界各国科学家毕生奋斗的目标。
氢在宇宙间含量丰富，具有许多特殊的性质是理想的二次能源，氢燃烧能量密度值很高，燃烧后生成水，具有零污染特点，因此对于氢的开发和利用已成为很重要的课题。
氢在常温常压下是一种无色，无味，无臭的气体，其密度为约为空气密度的十四分之一。
储氢材料的研究进展
面及内部大的空腔使碳纳米管能吸附大量的氢，其高储氢 量、低质量密度和化学稳定性使其在车用储氢系统中具有 良好的应用前景。 受碳纳米管研究的启发，利用其它具有微纳米结构材料作 为纳不明贮米确氢纤。材维料和的TiS研2的究纳也米相管继等展。开关，于例微如纳M米oS材2、料B储N氢纳机米理管、尚
吸附贮氢。 化学法：无机化合物贮氢、有机液态氢化物 贮氢、金属氢化物贮氢、复杂氢化物(也称 络合物)贮氢
物理方法储氢
最简单、最常用的贮存方法是气态方式。贮存压力 低于17MPa，但体积密度较小(标准状态条件下为 0.089kg/m3)是该方法最严重的技术缺陷，其应 用范围也因此受到限制。即使已经研制能承受千 兆帕级(GPa)超高压的容器，但这种方法在运输和 使用过程中的安全隐患仍是人们担心和关注的问 题。 液态贮氢方式的体积密度高(70kg/m3)，但氢气的 液化需要冷却到(21K)的超低温下才能实现，但此 过程需要大量的能量，且成本高，条件苛刻，使 得液态贮氢技术也难以广泛应用，仅用于航天领 域。
优缺点：
LaNi5 初期氢化容易, 反应速度快,20 ℃时的 氢分解压仅几个大气压, 吸放氢性能优良。 LaNi5 储氢合金的主要缺点是镧的价格高, 循环退化严重, 易于粉化, 并且储氢量偏低， 只有1.4wt%左右。
• 但是由于其优异的吸放氢动力学性能，近 年来有仍很多对LaNi5合金改性来提高储氢 量的研究。主要改性方法是引入其它金属 元素，使LaNi5合金多元化。目前已研究的 三元系列主要有两类LaNi5-xMx(M=Al、 Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、pd、pt)和 R0.2LaO.8Ni5(R=Zr、Gd、Nd、Y、Th)。
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 ] 。
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
ab2储氢合金密度
ab2储氢合金密度ab2储氢合金是一种具有高储氢容量和较低储氢温度的材料，它在储氢领域具有广泛的应用前景。
本文将从储氢合金的定义、储氢性能、制备方法以及应用领域等方面对ab2储氢合金进行详细介绍。
第一部分：储氢合金的定义储氢合金是指能够将氢气吸附储存在其晶格中的金属合金。
ab2储氢合金是指由A、B两种金属组成的合金，其中金属A通常为钛或锆，金属B通常为镍、铁、钴等。
这种合金具有较高的储氢容量和较低的储氢温度，因此被广泛研究和应用于储氢领域。
第二部分：储氢性能ab2储氢合金具有优异的储氢性能，其储氢容量可达到理论值的70%以上。
这是因为合金晶格中的金属A和金属B之间存在着较强的相互作用力，使得氢气可以被吸附并储存在晶格空隙中。
同时，ab2储氢合金的储氢温度较低，通常在室温下就可以实现储氢。
这使得ab2储氢合金成为一种理想的储氢材料。
第三部分：制备方法ab2储氢合金的制备方法主要有机械合金化法和电化学沉积法两种。
机械合金化法是将金属A和金属B的粉末按一定比例混合，并在高温下进行球磨，使其发生固态反应形成储氢合金。
电化学沉积法则是通过电化学方法将金属A和金属B依次沉积在电极上，并在适当的条件下使其发生反应生成储氢合金。
这两种制备方法都能够得到高质量的ab2储氢合金。
第四部分：应用领域ab2储氢合金在储氢领域具有广泛的应用前景。
首先，在新能源汽车领域，ab2储氢合金可以作为储氢材料用于制备燃料电池汽车的储氢罐，实现氢能源的高效利用。
其次，在能源储存领域，ab2储氢合金可以作为储氢材料用于储存和释放电能，实现能源的高效转换和利用。
此外，ab2储氢合金还可以应用于氢能源站的储氢设备、航空航天领域的燃料储存等。
ab2储氢合金作为一种具有高储氢容量和较低储氢温度的材料，在储氢领域具有重要的应用价值。
随着科学技术的进步和应用需求的增加，相信ab2储氢合金将会在未来得到更广泛的研究和应用。