新型富镁基合金的制备及其储氢性能研究

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本文重点研究富镁Mg-Ni-La以及Mg-Ni-La/Y-Co体系储氢合金的制备工艺及储氢性能,首先从Mg60Ni30La10合金的两种制备工艺角度探讨不同制备工艺对Mg60Ni30La10合金相结构与储氢性能的影响,其次从Co元素添加的角度研究了Co元素含量的变化对Mg60Ni30La10-xCox(x=0,2,4)以及Mg60Ni30Y10-xCox(x=2,4)合金的相结构和储氢性能的影响,最后通过两步工艺法制备超高镁含量Mg90(ReNi3)10(Re=La,Pr, Nd)合金系统地研究了La,Pr和Nd元素对Mg90(ReNi3)10合金的相结构和储氢性能的影响。对Mg60Ni30La10合金而言,XRD衍射谱及SEM图显示,在573K和2MPa氢压下氢化后两种工艺制备的合金都生成了MgH2、Mg2NiH4结构的氢化物。除此之外采用快淬甩带法制备的样品氢化之后获得了La4H12.19相,而采用电弧熔炼+机械合金化法制备的样品氢化之后获得了La8H18.40相。通过吸放氢动力学研究发现,采用快淬甩带法制备的样品则有较大的吸放氢容量,而电弧熔炼+机械合金化法具有较大的吸放氢速度。通过采用Kissinger方程得到的放氢激活能分别为:99.94±5.15kJ/mol (快淬甩带法)<101.68±8.97kJ/mol (电弧熔炼+机械合金化法)。对Mg60Ni30La10-xCox(x=0,2,4)合金而言,XRD衍射谱及SEM图显示,在573K和2MPa氢压下氢化后,x=0时,合金获得了MgH2、Mg2NiH4和La4H12.19相;x=2时,合金获得了MgH2、Mg2NiH4、La4H12.19和Mg2Ni0.9Co0.1H4相;x=4时,合金获得了MgH2、Mg2NiH4、La4H12.19和Mg2CoH5相。通过动力学研究发现,在温度为523K、553K、573K条件下,放氢动力学曲线同Avrami-Erofeev方程吻合程度非常高,并且随着Co元素的含量升高,Mg-Ni-La体系合金的最大吸放氢容量会提高,吸放氢动力学会加快。通过使用Kissinger方程拟合计算获得Mg60Ni30La10-xCox合金氢化物的放氢激活能分别为98.31±2.82kJ/mol (x=0)>96.33±5.61kJ/mol (x=2)>78.99±2.98kJ/mol (x=4)。对Mg60Ni30Y10-xCox(x=2,4)合金而言,XRD衍射谱及SEM图显示,在573K和2MPa氢压下氢化后,x=2和4时,合金获得了YH3、Co5Y和Mg2Ni0.9Co0.1H4相。通过动力学研究发现,Co元素对Mg-Ni-Y体系合金最大吸放氢量无有益的影响,采用Kissinger方程拟合计算获得Mg60Ni30Y10-xCox合金氢化物的放氢激活能分别为80.65±5.49kJ/mol (x=4)>76.66±9.56kJ/mol (x=2)。最后通过TPD研究发现,x=2时合金有一个较低的起始放氢温度,为164.64℃,而x=4合金有着一个较高的起始放氢温度,为167.19℃。对于Mg90(ReNi3)10(Re=La, Pr, Nd)合金而言,XRD衍射谱及SEM图显示,采用两步工艺法制备的Mg90(LaNi3)10合金会形成LaNi5、LaNi7相以及未反应的Mg相和Ni相;Mg90(PrNi3)10合金会形成PrMg2Ni9相以及未反应的Mg相和Ni相;Mg90(NdNi3)10合金会形成Nd2Ni7相以及未反应的Mg相和Ni相。而氢化后Mg90(ReNi3)10合金,且在573K和2MPa氢压下氢化后获得了主要以Mg2NiH4和MgH2相为主,其余相分别为ReHx氢化物。通过TPD研究发现:Nd元素对于降低镁基储氢合金的放氢温度有最良好的表现,其次是Pr元素,最后是La元素。
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