Mg17Al12合金的制備及儲(chǔ)氫性能研究.pdf

1、本文首先綜述了儲(chǔ)氫合金的研究進(jìn)展和存在的問(wèn)題，并詳細(xì)介紹了Mg基儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫性能的改善方法，包括納米化、添加催化劑。Al價(jià)格低廉，與Mg能形成Mg-Al合金，其中Mg17Al12合金的理論儲(chǔ)氫容量4.44wt％。Al的加入既能降低合金的成本，又能提高M(jìn)g的氫化物的熱傳遞效率和抗氧化的能力，還能改善吸放氫動(dòng)力學(xué)性能。本文首先探索了Mg17Al12合金的制備方法，然后通過(guò)改變制備工藝和加入添加劑改善其儲(chǔ)氫性能。
　　采用燒結(jié)和機(jī)械合金

2、化的方法制備Mg17Al12合金，同時(shí)研究了制備過(guò)程對(duì)Mg17Al12合金儲(chǔ)氫性能的調(diào)控作用。對(duì)于Mg17Al12合金來(lái)說(shuō)，通過(guò)不同的制備方法可以有效調(diào)控其氫化的過(guò)程。機(jī)械合金化提高了Mg17Al12合金的儲(chǔ)氫能力，在降低脫氫溫度的同時(shí)還提高了脫氫速率，初始脫氫溫度下降了40K。而在液氮溫度下的非平衡過(guò)程則可以顯著改善Mg17Al12合金的氫化反應(yīng)，提高吸放氫動(dòng)力學(xué)性能。通過(guò)液氮溫度下的非平衡過(guò)程和機(jī)械合金化共同作用的樣品最大儲(chǔ)氫能力為

3、4.0wt％，接近理論儲(chǔ)氫量4.4wt％。
　　由于經(jīng)液氮溫度下的非平衡快速冷卻能顯著改善Mg17Al12合金的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能，所以之后都利用液氮冷卻處理燒結(jié)后的合金。利用燒結(jié)球磨制備Mg17Al12納米合金，球磨過(guò)程中添加四氫呋喃作為助磨劑。隨著球磨時(shí)間從35h增加到140h，合金樣品的顆粒尺寸以及晶粒尺寸都不斷減小，合金初始吸放氫溫度也顯著降低。球磨35h的合金樣品在523K下進(jìn)行等溫吸放氫PCT測(cè)試有0.44wt％的H滯留

4、。但當(dāng)球磨時(shí)間達(dá)到140h后，沒(méi)有H滯留。球磨過(guò)程中四氫呋喃的存在能使合金樣品充分分散，提高球磨效率，降低合金氫化物的穩(wěn)定性，顯著改善合金樣品的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)性能。
　　石墨烯是一種新型的碳材料，具有表面積大，化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，為了進(jìn)一步改善Mg17Al12合金的儲(chǔ)氫性能，采用不同的方法制備Mg17Al12-MGN復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)燒結(jié)，多層石墨烯薄片與樣品的接觸更緊密，提高樣品的儲(chǔ)氫量。由于石墨烯具有潤(rùn)滑作用，在球磨中能有效防止樣

5、品結(jié)塊。經(jīng)過(guò)2h球磨，XRD中出現(xiàn)碳的衍射峰，但經(jīng)過(guò)70h球磨后，碳的衍射峰消失，表明多層石墨烯薄片被均勻地分散嵌入到Mg17Al12合金中，有效地抑制了球磨過(guò)程中Mg17Al12顆粒的團(tuán)聚，提高樣品的熱力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)性能。
　　為了比較相同含量碳的同素異性體對(duì)Mg17Al12合金儲(chǔ)氫性能的影響，在Mg17Al12合金中加入5wt％的C（多層石墨烯薄片，碳納米管，乙炔黑，石墨，活性炭）發(fā)現(xiàn)，碳的同素異形體不參與合金的吸放氫反應(yīng)。而

6、活性炭的加入會(huì)使樣品在吸氫后產(chǎn)生Mg2Al3相，導(dǎo)致儲(chǔ)氫量下降，且儲(chǔ)氫性能降低。添加多層石墨烯薄片與乙炔黑后，合金氫化物的穩(wěn)定性降低，脫氫激活能從185.6kJ·mol-1分別降到154.6kJ·mol-1和157.4kJ·mol-1。
　　基于多層石墨烯薄片的添加對(duì)Mg17Al12合金儲(chǔ)氫性能具有較好的改善作用，采用燒結(jié)球磨法制備Mg17Al12-x wt％MGN(x=0，5，10，15)復(fù)合材料。多層石墨烯薄片含量的變化對(duì)樣品

7、的儲(chǔ)氫性能影響不明顯，說(shuō)明多層石墨烯薄片對(duì)合金不是催化作用。Mg17Al12-x wt％MGN(x=0，5，10，15)復(fù)合材料氫化物的脫氫激活能分別是185.6kJ·mol-1，157.4kJ·mol-1，153.3kJ·mol-1，151.4kJ·mol-1，添加多層石墨烯薄片后，合金氫化物穩(wěn)定性降低。添加5wt％多層石墨烯薄片的樣品儲(chǔ)氫量高達(dá)4.9wt％。
　　基于乙炔黑的添加對(duì)Mg17Al12合金儲(chǔ)氫性能具有較好的改善作用

8、，采用燒結(jié)球磨法制備Mg17Al12-x wt％ACET(x=0，5，10，15)復(fù)合材料。隨著乙炔黑的增加，合金樣品晶格常數(shù)逐漸變大。適量乙炔黑的添加有效提高吸放氫動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)性能。
　　采用化學(xué)方法成功制備出多層石墨烯薄片、乙炔黑負(fù)載鎳，并研究其對(duì)Mg17Al12合金儲(chǔ)氫性能的催化作用。多層石墨烯薄片、乙炔黑負(fù)載鎳的加入，會(huì)使合金中形成Al3Ni2相。由于Al3Ni2不參與吸放氫反應(yīng)，所以合金儲(chǔ)氫量下降。但Ni@MGN的添加