非晶态Mg-Ni系储氢合金的制备及性能研究

摘要

Mg基储氢合金拥有储氢量大、密度低、含量丰富和价格低廉等优点，是最有前景的储氢材料之一，但其苛刻的吸放氢条件(吸放氢温度高，速度慢)阻碍了它在实际中的应用。将晶态Mg基合金制备成为非晶后，有望提高其动力学性能，降低其吸放氢温度。但具有非晶结构的Mg基合金在用作电极材料时，仍然面临着循环容量衰退过快，难以实用化的问题。如何解决这一系列难题是目前研究的重点。 本文通过机械合金化方法制备出二元的Mg-Ni非晶储氢合金和三元的Mg-Al-Ni、Mg-Ti-Ni非晶储氢合金。并对所制备的合金进行了x射线衍射分析、SEM分析、PCT吸放氢性能分析与电化学性能分析(包括放电容量分析与循环稳定性分析)，试验结果表明： ①采用机械合金化方法，当球磨机转速大于一定值并且球料比也足够大，即当引入足够多的能量时，球磨一定时间即能获得Mg-Ni系非晶合金，缩短球磨时间能够获得纳米晶合金或非晶与纳米晶的复合物。将晶态的合金制备为非晶合金之后，无须活化就能进行吸氢，且吸放氢温度显著降低，吸放氢动力学性能明显提高，二元MgNi非晶合金的最低吸放氢温度仅为70℃。球磨工艺参数的选择和Ni含量的多少对Mg-Ni非晶合金的形成和吸放氢性能都有影响。 ②尽管Al和Ti的加入都会在不同程度上降低Mg-Ni系合金的非晶形成能力，但采用机械合金化方法仍然能够制备出Mg<,1-x>Al<,x>Ni(X=0.1，0.2，0.3)系列和Mg<,1-x>Ti<,x>Ni(x=0.1，0.2，0.3)系列三元非晶合金。A1和Ti的加入都显著改善了合金的循环稳定性，Mg<,0.8>Al<,0.2>Ni和Mg<,0.9>Ti<,0.1>Ni在10次充放电循环后分别保有最大放电容量的80.1％和79.1％。但A1的加入会降低合金的放电容量，Ti的负面影响则较小，Mg<,0.9>Ti<,0.1>Ni的最大放电容量更高达206.2rnAh/g。 因此，本文通过将Mg-Ni合金制备为非晶，成功降低了合金的吸放氢温度，提高了合金的动力学性能，又通过在Mg-Ni合金中添加Al和Ti制备出三元非晶合金，成功改善了合金的循环稳定性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1氢能系统的开发意义及应用前景

1.2储氢材料的开发现状

1.2.1储氢材料的简介

1.2.3储氢合金的吸氢机理

1.2.4储氢合金吸氢过程的热力学机理

1.2.5储氢合金充放电过程的电化学机理

1.3镁基储氢材料研究历史及研究现状

1.3.1镁基储氢材料研究历史概况

1.3.2 Mg-Ni系晶态储氢合金的研究情况

1.3.3 Mg-Ni系非晶储氢合金的研究情况

1.3.4镁基储氢合金的应用前景

1.4本课题的研究目的、研究内容及研究方法

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

1.4.3研究方法

2试验方法

2.1机械合金化法制备非晶镁基储氢合金

2.1.1机械合金化法形成非晶的机制

2.1.2试验用原料

2.1.3球磨工艺参数

2.1.4制备过程

2.2 X射线衍射试验

2.3 SEM组织形貌观察试验

2.4吸放氢性能测试试验

2.5电化学性能测试试验

2.5.1电池负极的制备

2.5.2模拟电池体系

2.5.3放电容量测试

2.5.4循环稳定性测试

3 Mg-Ni系二元非晶储氢合金的制备与性能研究

3.1球磨工艺参数对非晶合金形成的影响

3.1.1球磨机转速的影响

3.1.2球料比的影响

3.1.3球磨时间的影响

3.2球磨工艺参数对合金储氢性能的影响

3.2.1球磨机转速的影响

3.2.2球料比和球磨时间的影响

3.3 Ni含量对非晶合金形成和储氢性能的影响

3.3.1 Ni含量对非晶合金形成的影响

3.3.2 Ni含量对非晶合金储氢性能的影响

4 Mg-Ni系三元非晶储氢合金的制备与性能研究

4.1 Mg-Al-Ni系三元非晶储氢合金

4.1.1 Mg-Al-Ni系三元非晶合金的制备

4.1.2 Mg-Al-Ni系三元非晶合金的电化学性能研究

4.2 Mg-Ti-Ni系三元非晶储氢合金

4.2.1 Mg-Ti-Ni系三元非晶合金的制备

4.2.2 Mg-Ti-Ni系三元非晶合金的电化学性能研究

5结论

致谢

参考文献

附录