纳米结构块体镁及镁—金属氧化物复合粉体制备与储氢性能研究

发布时间：2018-08-04 12:41

【摘要】：镁具有储氢量大(7.6wt%)、价格低廉、资源丰富等优点,被认为是最有应用潜力的金属储氢材料。但高的放氢温度(300℃)、缓慢的吸放氢速率,限制了Mg作为储氢材料的使用。为提高Mg/Mg H2的吸放氢速率、降低MgH2的放氢温度,本文使用直流电弧等离子体法,制备Mg-TiO2、Mg-Fe2O3、Mg-NiO、Mg-NiO/CeO2复合粉体;采用高压扭转法结合直流电弧等离子体法,制备纯Mg、Mg-Fe、Mg-Ni纳米结构块体。使用ICP、XRD、SEM与TEM表征样品的成分、相组成及微观形貌,采用PCT、TG/DSC对样品的吸放氢性能进行研究。高压扭转制备的纳米结构块体Mg储氢材料,具有比较均匀的纳米微观组织。氢化后纯Mg纳米结构块体的DSC曲线放氢峰温为424℃,低于纯Mg粉体的440℃,其氢化激活能为55.1kJ/mol H2,小于纯Mg粉体的92.9 kJ/mol H2,这主要是因为高压扭转细化了Mg颗粒并使颗粒表面的MgO层破碎,MgO呈弥散分布从而起到了催化作用。Fe的掺入对Mg纳米结构块体的吸放氢性能没有明显影响,但添加的Ni能够改善Mg纳米结构块体的低温吸氢动力学性能。镁-金属氧化物复合粉体制备过程中,一些过渡族金属氧化物被Mg还原,一些则没被还原。Fe2O3、NiO以及CeO2在制备过程中,完全被Mg还原成了Fe、Ni与Ce2O3,形成了含MgO的Mg-Fe、Mg-Ni以及Mg-Ni/Ce2O3的复合粉体。TiO2在制备过程中则没被完全还原,仍形成Mg-TiO2复合粉体。在制备过程中,氧化物未发生完全还原反应的镁-金属氧化物粉体,具有较高的吸氢容量,但吸放氢动力学性能一般。例如,Mg-TiO2复合粉体在400℃下最大吸氢量达6.92wt%,在200℃、3MPa初始氢压下,2h内吸氢3.8wt%,其DSC曲线放氢峰温为418℃。在制备过程中,氧化物被还原成金属的复合粉体具有优良的吸氢动力学性能,但最大吸氢量较低。Mg-Ni复合粉体在400℃最大吸氢量为6.21wt%,在200℃、3MPa初始氢压下,2h内吸氢5.4wt%,其DSC曲线放氢峰温为380℃,这是因为吸放氢过程中形成的Mg2Ni起到了催化作用;Mg-Fe复合粉体在400℃最大吸氢量为6.67wt%,在200℃、3MPa初始氢压下,2h内吸氢3.7wt%,其DSC曲线放氢峰温为410℃,这是因为Fe在吸放氢过程中并没有形成Mg2FeH6仅以单质存在,其催化作用有限。在氧化物被完全还原的镁-金属氧化物体系中,再加入稀土氧化物,能够提高其最大吸氢容量,同时保持优良的吸放氢动力学性能。例如,Mg-Ni/Ce2O3在400℃下的最大吸氢量为6.67wt%,在200℃、3MPa初始氢压下,2h内吸氢5.4wt%,其DSC曲线放氢峰温为379℃。这表明,镁-金属氧化物(可被镁还原)-稀土金属氧化物三元体系,具有高储氢容量和快速吸放氢的综合储氢性能。
[Abstract]:Magnesium has the advantages of large hydrogen storage capacity (7.6 wt%), low price and abundant resources, so it is considered to be the most potential metal hydrogen storage material. However, the high desorption temperature (300 鈩，

本文编号：2163914