车载储氢用钒合金及二维材料的储氢性能研究

发布时间：2022-11-12 10:06

　　相对于传统的化石燃料,氢能以其清洁、高效、无污染的特点,有望成为下一代能源。氢能在运输系统中应用的关键在于氢气储存。固态储氢材料由于其本身的储氢优势,在车载储氢领域具有广阔的应用前景。氢可以以原子或分子两种不同的形式高效地储存在固态材料中。为此,本论文研究了相应的两种典型固态储氢材料,即钒基合金和金属修饰的二维材料。钒基合金具有较高的储氢容量（4 wt.%）和在适当条件下快速吸（放）氢动力学性能,被认为是一种很有应用前景的储氢材料。钒合金吸（放）氢过程中有两个压力平台,分别对应于V和VH1-x、VH1-x和VH2-x两相区。本文运用储氢性能实验和密度泛函理论计算的方法研究了合金元素对钒氢化物双平台储氢性能的影响。1.通过电弧熔炼法制备了V97Al3、V97Mn3和V97Ru3共三种V-3A二元合金,并对其第二平台储氢性能进行了研究。与纯钒相比,合金元素的添加提升了放氢平台压力。在所研究的温度范围内（373～433 K）,V-3 Ru显示出最高的放氢平台压力,同时也具有较大的有效储氢量。V-3A合金氢化物的放氢平台压大小与焓值有关,通过模拟计算特定合金氢化物的生成焓,可以预测其放氢平台压... 

【文章页数】：115 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 储氢方式
        1.2.1 机械储氢
        1.2.2 氢化物储氢
        1.2.3 吸附材料储氢
    1.3 钒基储氢合金
        1.3.1 储氢原理
        1.3.2 钒基储氢合金的热力学性能表征
        1.3.3 钒合金储氢性能的改善
    1.4 二维储氢材料
        1.4.1 储氢机理
        1.4.2 金属修饰的二维储氢材料的研究
    1.5 本论文工作的研究内容及意义
第2章 研究方法
    2.1 引言
    2.2 储氢测试实验方法
        2.2.1 合金制备工艺
        2.2.2 合金及氢化物的分析表征
        2.2.3 储氢合金吸放氢性能测试
    2.3 储氢材料的模拟计算
        2.3.1 基本原理及近似
        2.3.2 交换关联能泛函
        2.3.3 赝势
        2.3.4 储氢模拟应用
第3章 合金元素对钒氢化物放氢平台压的影响
    3.1 引言
    3.2 研究方法
        3.2.1 实验细节
        3.2.2 模拟计算
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 试样表征
        3.3.2 高压PCT性能测试
        3.3.3 合金力学性质及吸放氢后组织形貌分析
        3.3.4 第一原理计算合金及氢化物形成能
        3.3.5 氢化物体积变化量的模拟
        3.3.6 钒基储氢合金体系中各原子间的相互作用
    3.4 本章小结
第4章 钒基合金低压平台及动力学性能研究
    4.1 引言
    4.2 研究方法
        4.2.1 实验细节
        4.2.2 模拟计算
    4.3 结果和讨论
        4.3.1 试样表征
        4.3.2 合金元素对低压PCT曲线的影响
        4.3.3 合金化对初始吸氢速率的影响
        4.3.4 第一原理分析合金表面的氢分子分解
        4.3.5 氢原子在钒合金表面的扩散
        4.3.6 第一原理分析钒合金内部氢原子的占位倾向性
        4.3.7 钒合金内部的氢扩散
        4.3.8 由钒合金表面向内部的氢扩散
    4.4 本章小结
第5章 Li修饰的单层B_2S的储氢性能研究
    5.1 引言
    5.2 计算方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 B_2S材料的原胞表征
        5.3.2 B_2S基体的氢吸附
        5.3.3 B_2S基体的Li吸附
        5.3.4 Li修饰B_2S材料的储氢能力
        5.3.5 Li-B_2S体系的电子结构分析
    5.4 本章小结
第6章 二维TiB_4材料的储能研究
    6.1 引言
    6.2 计算方法
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 TiB_4的结构表征
        6.3.2 单层TiB_4的表面气体吸附
        6.3.3 TiB_4的气体吸附机理
        6.3.4 TiB_4吸附体系的动力学分析
        6.3.5 TiB_4堆叠结构及其储能特性分析
    6.4 本章小结
第7章 全文总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]钒基储氢合金的研究进展[J]. 李朵,娄豫皖,杜俊霖,蒲朝辉,黄铁生,李志林,吴铸,李重河.  材料导报. 2015(23)
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[5]难活化储氢材料钒的表面改性[J]. 张海峰，吕曼祺，胡壮麒，李文.  金属学报. 1994(22)



本文编号：3706170