4.1.2 Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料储氢热力学性能
为了研究Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料的储氢性能,对复合材料在不同温度(473K和523K)下进行了压力-组成-温度(PCT)性能测试。为了保证样品的充分活化,在进行测试前,复合材料在573K,3MPa/0.001MPa氢气压力下经过了两次吸/放氢处理,时间均为1h。图4-4给出了Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料在473K 和523K 温度下的PCT曲线。从图中可以看出,当温度为523K 时,复合材料的最大储氢容量随着x 的增加而减小,分别达到3.81wt.%(x=0)、3.67wt.%(x=10)、3.51 wt.%(x=20)和3.31wt.%(x=30)。最大储氢容量的减少是由于在吸/放氢循环中,复合材料中的LaH3 相不发生吸/放氢反应。此外,发现纯Mg2Ni合金的实际最大储氢容量与其理论值(3.6wt.%)相比有所提升,这是由于当Mg2Ni相达到吸氢饱和状态后,当外部氢气压力继续上升,其晶胞间隙中能够继续固溶一定量的H 原子所致。当温度达到473K时,添加LaMg2Ni合金的复合材料的最大储氢容量接近(3.22wt.%),略低于纯Mg2Ni合金(3.394wt.%)。同时,发现在两个测试温度条件下,添加LaMg2Ni合金的复合材料的吸/放氢平台压力与纯Mg2Ni合金相比均有所提升。在473K 条件下,复合材料的可逆吸/放氢容量分别为2.47wt.%(x=10)、3.22wt.%(x=20)和2.24wt.%(x=30),而纯Mg2Ni合金的可逆吸/放氢容量仅为0.75wt.%。
图4-4 Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料在不同温度下的PCT曲线:(a)523K; (b)473K
为了更好地研究Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料的储氢热力学性能,根据Van’t Hoff方程(4-2)计算了不同LaMg2Ni含量复合材料的放氢焓变(ΔH),并在图4-5中给出相应拟合曲线,复合材料放氢反应的熵(ΔS)和焓列于表4-2中。(https://www.daowen.com)
式中:Kθ——平衡常数,在放氢过程中Kθ 等于放氢平台压力。
图4-5 Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料的Van’tHoff曲线
可以看出,加入LaMg2Ni合金后,复合材料的放氢反应焓变明显降低,这是由于复合材料中存在LaH3 相。文献指出,LaH3 相的存在能够显著改善Mg2Ni合金的吸/放氢热力学性能。
表4-2 Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料的放氢反应热力学参数
