稀土合金化及球磨制备对镁镍系合金储氢行为的影响

发布时间：2023-04-08 04:22

　　镁镍系储氢合金因其具有储氢量大,资源丰富和价格低廉等优势,而受到了广泛的重视。然而这类合金也存在着诸如吸放氢温度较高、动力学性能较差等缺点,限制了其走向实际的应用。为此,研究者采用了诸如改变化学成分、添加催化剂,或者改变制备手段等方法来改善合金的吸放氢性能。虽然这些措施对合金储氢性能改善均起到了一定程度的作用,但改善的效果尚待提高,作用机制也未形成统一的认识。本文将Mg₂₄Ni₁₀Cu₂合金作为基础合金,研究了稀土添加、球磨制备和复合镍等方法对镁镍系合金的组织结构以及电化学和气固储氢性能的影响,定量研究了合金放氢活化能和吸放氢热力学随上述改性工艺调整的演变,并深入探索了合金吸放氢机制的变化机理。研究了Y、Sm和Nd三种不同稀土元素的添加对合金组织结构与储氢性能的影响。发现三种稀土添加均能显著细化铸态合金的树枝晶组织,并使合金相组成变为由Mg₂Ni相、Mg相以及稀土添加后的形成的REMgNi₄(RE=Y,Sm,Nd)相三相构成。Y添加能够促进Cu在Mg₂Ni...

【文章页数】：178 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 氢能概述
    1.2 氢的存储
        1.2.1 气态储氢
        1.2.2 液态储氢
        1.2.3 固态材料储氢
    1.3 储氢合金的储氢原理
        1.3.1 气固吸氢的基本原理
        1.3.2 储氢合金的电化学储氢原理
        1.3.3 气固相吸放氢性能同电化学性能的关系
    1.4 储氢合金的分类
        1.4.1 AB₅ 型稀土系储氢合金
        1.4.2 AB₂ 型储氢合金
        1.4.3 AB₃和A₂B₇ 型稀土镁镍系储氢合金
        1.4.4 AB型储氢合金
        1.4.5 V基固溶体储氢合金
        1.4.6 Mg及 Mg₂Ni储氢合金
    1.5 镁基储氢材料的研究现状
        1.5.1 镁基储氢材料的发展
        1.5.2 Mg₂Ni系储氢合金的发展
    1.6 课题的立论依据与主要研究内容
        1.6.1 课题研究的依据
        1.6.2 课题研究的主要内容
2 实验材料与方法
    2.1 实验材料的准备
    2.2 样品的制备
        2.2.1 铸态样品的制备
        2.2.2 储氢合金粉末的准备
        2.2.3 球磨合金粉的制备
    2.3 合金的微观组织结构及物理性能测试
        2.3.1 合金成分测试
        2.3.2 X射线衍射分析
        2.3.3 显微组织观察及能谱分析
        2.3.4 透射电子显微镜分析
        2.3.5 显微硬度分析
    2.4 合金的性能测试
        2.4.1 合金电化学性能测试
        2.4.2 气固储氢性能测试
        2.4.3 差示扫描量热分析(DSC)
3 不同种类稀土添加对镁镍系合金微观结构及储氢性能的影响
    3.1 实验合金的成分设计与检测
    3.2 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金相组成及微观结构的影响
        3.2.1 Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金相组成及微观结构
        3.2.2 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金相组成及微观结构的影响
    3.3 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金电化学性能的影响
    3.4 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金气固储氢性能的影响
        3.4.1 不同种类稀土添加后Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金气固储氢的活化性能
        3.4.2 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金气固储氢吸放氢机理的影响..
        3.4.3 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金气固储氢放氢动力学性能的影响
        3.4.4 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金氢化物热稳定性的影响
        3.4.5 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金气固吸氢热力学性能的影响..
    3.5 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金储氢性能影响的分析
        3.5.1 Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金储氢性能分析
        3.5.2 不同种类稀土添加对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金储氢性能影响的分析
    3.6 本章小结
4 Y添加量对镁镍系合金的微观结构及储氢性能的影响
    4.1 加Y实验合金的成分设计与制备
    4.2 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金相组成及微观结构的影响
        4.2.1 Y-Mg-Ni三元相图分析
        4.2.2 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金相组成的影响
        4.2.3 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金组织与显微结构的影响
    4.3 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金电化学性能的影响
    4.4 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金气固储氢性能的影响
        4.4.1 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金气固储氢活化性能的影响
        4.4.2 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金吸放氢机理的影响
        4.4.3 Mg22Y2Ni10Cu2 合金吸放氢过程分析
        4.4.4 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金气固储氢放氢动力学性能的影响
        4.4.5 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金氢化物热稳定性的影响
        4.4.6 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金氢化物热力学性能的影响
    4.5 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金气固储氢性能影响的分析
        4.5.1 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金吸放氢过程中相变的影响
        4.5.2 Y添加量对Mg₂₄Ni₁₀Cu₂ 合金吸放氢过程中显微组织及微观结构的影响
    4.6 Y添加量对Mg2NiH4 放氢性能影响的第一性原理分析
    4.7 本章小结
5 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金的微观结构及储氢性能的影响
    5.1 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金微观结构及显微组织的影响
    5.2 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金电化学性能的影响
        5.2.1 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金电化学放电性能的影响
        5.2.2 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金电化学动力学性能的影响
        5.2.3 球磨对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金电化学性能影响的机制
    5.3 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金气固储氢性能的影响
        5.3.1 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金气固储氢活化性能的影响
        5.3.2 球磨对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金气固储氢吸放氢动力学性能的影响
        5.3.3 球磨对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金气固储氢吸放氢热力学性能的影响
    5.4 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金气固储氢性能影响的分析
        5.4.1 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金吸放氢过程中相变的影响
        5.4.2 球磨时间对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金吸放氢过程中显微组织及微观结构的影响
    5.5 本章小结
6 复合镍对球磨态合金的微观结构及储氢性能的影响
    6.1 复合镍对球磨态Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金微观结构及显微组织的影响
        6.1.1 复合镍对球磨态Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金相组成的影响
        6.1.2 复合Ni对球磨态Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金显微结构的影响
    6.2 复合镍对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金电化学性能的影响
        6.2.1 复合镍对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金电化学性能的影响
        6.2.2 复合Ni对 Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金电化学动力学性能的影响
        6.2.3 复合镍对电化学性能测试后合金的组织分析
    6.3 复合Ni对 Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金气固储氢性能的影响
        6.3.1 复合镍对Mg₂₃YNi₁₀Cu₂ 合金气固储氢活化性能的影响
        6.3.2 复合镍后球磨态合金气固储氢吸放氢机制分析
        6.3.3 复合镍对球磨态合金气固储氢放氢动力学性能影响
        6.3.4 复合Ni对球磨态合金气固储氢放氢热力学性能影响
    6.4 复合Ni后球磨态态合金的放氢过程中相及组织结构变化
        6.4.1 复合Ni合金吸放氢过程中的相变
        6.4.2 复合Ni球磨态合金在吸放氢过程中的显微组织变化
        6.4.3 复合Ni球磨态合金在吸放氢过程中的显微结构
    6.5 本章小结
结论
创新点
参考文献
在学研究成果
致谢



本文编号：3785994