镁基储氢材料的改进

氢能的存储是氢能利用走向规模化的关键。镁基储氢材料因储氢量大、成本低廉而被认为是一种最有前途的固态储氢材料,但由于其吸放氢速率慢,吸放氢温度高,在空气中易被氧化而严重影响了其应用。为了克服这些缺点,人们研究了多种改进方法。

一、元素取代。

实验表明,以Mg2Ni为基的储氢合金,如用Al或Ca置换其中部分Mg,则吸放氢反应速率比Mg2Ni大40%以上;如用V,Cr,Mn,Fe,Co中的任一种元素置换Mg2Ni中的部分Ni,则氢化速率和分解速率也均比Mg2Ni高。另有报道,Zr元素的添加能有效降低Mg2Ni的吸放氢温度,并能有效提高合金的吸氢量,最大吸氢量达到4.91%。

二、添加剂改性

在镁基储氢合金中加入某些单质金属元素、过渡族金属氧化物、过渡族金属氯化物、金属间化合物或碳材料等添加剂,利用机械合金化使这些添加物镶嵌在镁基合金颗粒表面,从而破坏其表面氧化层,是目前改善镁基储氢合金吸放氢性能的最好方法。(1)单质金属,有

Pd,Ni,Fe,V,Ti,Mn,B等。例如,通过机械合金化制备的MgH2-V复合材料,在423K、1.0MPa氢压下100s内吸氢量达5.5%,在523K、0.015MPa 压力下900s内放氢量达5.3%,具有很好的吸放氢动力学特性。(2)金属间化合物,有LaNi5,FeTi,Mg2Ni等。例如,采用反应球磨法制备的Mg-60%LaNi5镁基复合储氢材料具有较高的活性,在5.0MPa氢气压力和373～473K的条件下,1分钟内可完成饱和吸氢量的80%以上;553K 时最大吸氢量为4.23%。(3)氧化物,有V2O5,TiO2,MnO2,Fe2O3等。例

如,用机械合金化法在充氢球磨条件下制备的Mg-Ni-MnO2复合储氢材料,在300℃、0.1MPa压力条件下放氢动力学性能良好。(4)碳材料,有石墨、碳纳米管和煤等。碳材料比表面积大,成本低,且能在低温下储氢。例如,利用机械合金化方法,在0.5MPa氢气气氛下通过添加碳纳米管制备出Mg-3Ni-2MnO2-0.25CNTs镁基复合储氢材料。具有优异的储氢性能,储氢容量高达7.0%,吸氢反应可在100s内快速完成。

三、表面处理。

镁基储氢材料在充放电循环过程中表面易被氧化成Mg(OH)2,导致循环稳定性变差。研究表明,通过改变其表面状态(化学镀和氟化处理)可延缓Mg(OH)2层的形成。例如,用NH4F溶液处理的

La1.8Ca0.2Mg14Ni3镁基合金,室温下无需活化即可部分吸氢,且吸氢速率较快。

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