4.5　小结

本章利用了LaMg2Ni合金的氢化分解特性,将充分氢化后的LaMg2Ni合金和Mg2Ni合金通过机械球磨方法制备得到Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料,以实现向Mg2Ni合金中掺杂LaH3 的目的。结构分析表明,制备得到的复合材料氢化物由Mg2NiH4 相和LaH3 相组成,当x=20时,复合材料中LaH3 的分布均匀性显著提升,导致Mg2NiH4 相的晶胞体积明显收缩。加入LaMg2Ni合金后,复合材料的储氢性能与采用相同工艺处理的纯Mg2Ni样品相比得到显著改善。其中,Mg2Ni+20wt.%LaMg2Ni复合材料能够在473K 下实现100%可逆吸/放氢,并且其储氢容量达到3.22wt.%,而纯Mg2Ni样品在该温度下的可逆储氢容量仅为0.75wt.%。通过Jander方程分析表明,LaH3 的存在能够为复合材料提供丰富的H 扩散通道,进而显著改善H 在复合材料中的扩散性能。

研究关于Mg2Ni+20wt.%REMg2Ni(RE=La、Pr和Nd)复合材料的微观结构和储氢性能发现PrMg2Ni和NdMg2Ni在复合材料氢化物中均分解为稀土氢化物(PrH2.37 和NdH2.5)和Mg2NiH4。与纯Mg2Ni样品相比,由于复合材料中稀土氢化物的不同,其储氢性能呈现出差异化的改善效果。其中,Mg2Ni+20wt.%PrMg2Ni复合材料在473K 下的放氢平台压达到0.015 MPa,并且在523K 下的放氢过程中,H 在其中的扩散系数达到12.57×10-5,与纯Mg2Ni样品相比提高了约2倍。这是由于在复合材料中,PrH2.37 的分布较为均匀,导致其能够为复合材料提供较丰富的H 扩散通道,同时,PrH2.37 的存在显著减小了Mg2NiH4 相的晶胞体积,使复合材料表现出显著提高的放氢热力学性能。(https://www.daowen.com)

本章研究了Ti和Nb的氢化物(TiH2 和NbH)添加剂对Mg2Ni合金储氢性能影响及其机理。发现加入Ti和Nb的氢化物后,Mg2Ni+10wt.%TMH(TMH=TiH2 和NbH)复合材料的吸/放氢热力学和动力学性与纯Mg2Ni样品相比得到显著改善。其中,当测试样品氢化物的放氢量达到0.1wt.%时,加入Ti和Nb的氢化物(TiH2 和NbH)的复合材料的对应温度分别为487K 和481K,与纯Mg2NiH4 样品相比降低了4K 和10K。这是由于NbH 具有较低的电子云密度,且Nb的电负性与Ti相比更强,导致其对Mg2Ni合金吸/放氢热力学性能改善较为明显。而通过微观形貌分析发现,TiH2 添加剂在Mg2Ni+10wt.%TiH2 复合材料中分布均匀,为复合材料的吸/放氢过程提供了丰富的H 扩散通道。在573K 时,添加TiH2 的复合材料氢化物达到其最大放氢容量90%所用的时间为840s,与纯Mg2Ni合金氢化物相比提高610s。

研究了Ti和Nb的氮化物(TiN 和NbN)添加剂对Mg2Ni合金储氢性能的影响及其机理。添加的过渡金属氮化物以嵌入物的形式存在于Mg2Ni基体中,造成基体材料晶胞体积受应力影响而减小,进而导致复合材料吸/放氢平台压力的提高,改善了复合材料的吸/放氢热力学性能。此外,在Mg2Ni+10wt.%TiN 复合材料中发现了N—H 的伸缩振动,表明N 原子与H 原子间存在相互作用,导致Mg2NiH4 中Ni—H 键和Mg—H 键的强度受到削弱,进而使其放氢温度明显降低,进一步改善了复合材料的放氢性能。加入TiN 后,当复合材料放氢量达到0.1wt.%时,其所对应温度为478K,与纯Mg2Ni样品相比降低了13K;并且在423K 下,复合材料在100s内的吸氢容量达到3.08 wt.%,与纯Mg2Ni样品相比提高了2.29wt.%。