机械合金化法制备非晶Nb 60 TM 40 -MgH 2 （TM=Ni,Fe）复合储氢材料的吸放氢性能
发布时间：2021-06-24 11:56
采用机械合金化法制备了Nb60TM40及Nb60Fe40非晶合金,再通过球磨法向MgH2中分别掺杂10%上述非晶,并利用XRD、SEM、P-C-T、DSC等分析测试手段对样品的微观结构及吸放氢性能进行了表征。XRD结果表明,通过机械合金化法得到了Nb-Ni和Nb-Fe非晶。SEM观察显示,掺杂非晶后,MgH2粉末颗粒得到了细化。P-C-T测试结果表明,非晶Nb60TM40及Nb60Fe40的掺杂未改善MgH2的吸放氢热力学性能,但非晶Nb60TM40-MgH2及非晶Nb60Fe40-MgH2复合粉体的吸氢速率有一定的提升;放氢动力学测试表明,非晶掺杂加快了MgH2的放氢速率,350℃下10 min...
【文章来源】：有色金属工程. 2020,10(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
Nb60Ni40,(b)Nb60Fe40样品的SEM图像以及（c)Nb60Ni40和Nb60Fe40的XRD图谱
图2(a）、（b）和（c）分别为纯MgH2、非晶Nb60Ni40-MgH2和Nb60Fe40-MgH2复合储氢材料的SEM图像。由图2(a）可见，球磨后的纯MgH2颗粒尺寸较大，粒径约为1～4μm；而在图2(b）和图2(c）中，MgH2的颗粒尺寸有所降低，粒径约为0.2～2μm。EL-ESKANDARANY[7]曾阐释了Ti2Ni非晶粉末提升MgH2吸放氢性能的机理。该研究认为，当MgH2晶粒尺寸降至微米级后，传统球磨工艺难以对晶粒进行有效地“俘获”；而非晶颗粒可以在球磨过程中破坏直径为若干微米甚至纳米级的MgH2颗粒，使其晶粒进一步得到细化。由图2的SEM图像可以看出，非晶Nb-Ni和Nb-Fe的加入细化了MgH2晶粒，从而缩短了H扩散的距离，有利于该复合材料的吸放氢行为。2.3 Nb基非晶-MgH2的吸放氢性能
其中，PH2表示该温度下的材料的吸放氢平台压；ΔH是反应生成焓；ΔS为反应熵；R是气体常数，约等于8.314J/（K·mol）。基于表2中的吸放氢平台压，通过拟合ln Pvs 1 000/T，计算得到非晶Nb60Ni40-MgH2体系和非晶Nb60Fe40-MgH2体系的吸氢生成焓分别为-107.38、-80.76kJ/mol；而放氢过程的焓变则分别为92.85、87.53kJ/mol，如图3(b）、图3(d）所示。而纯Mg/MgH2体系的吸放氢焓变为±74.7kJ/mol[17]，相比之下，掺杂了Nb基非晶体系后，体系的吸放氢焓值绝对值均有所升高，说明Nb-Ni和Nb-Fe非晶的掺杂无法降低Mg/MgH2的热力学稳定性。将球磨后的纯MgH2和Nb基非晶-MgH2复合材料分别升至370℃并保温2h，在真空条件下使样品彻底脱氢，随后降温至250、200和150℃，在3 MPa氢压下吸氢2h，得到图4所示的吸氢动力学曲线。与图4(a）所示的纯MgH2相比，添加了非晶Nb60Ni40（图4(b））和Nb60Fe40（图4(c））的样品吸氢动力学性能均有所提升，三者在250℃、2h内的最大吸氢量分别为5.83%、5.08%和5.35%，而该温度10 min内吸氢量分别为4.11%、4.56%和4.53%，掺杂非晶的样品体现出了更快的吸氢速度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preparation and hydrogen storage properties of MgH2-trimesic acid-TM MOF（TM=Co,Fe） composites[J]. Zhewen Ma,Jianxin Zou,Darvaish Khan,Wen Zhu,Chuanzhu Hu,Xiaoqin Zeng,Wenjiang Ding. Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
本文编号：3247050
【文章来源】：有色金属工程. 2020,10(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
Nb60Ni40,(b)Nb60Fe40样品的SEM图像以及（c)Nb60Ni40和Nb60Fe40的XRD图谱
图2(a）、（b）和（c）分别为纯MgH2、非晶Nb60Ni40-MgH2和Nb60Fe40-MgH2复合储氢材料的SEM图像。由图2(a）可见，球磨后的纯MgH2颗粒尺寸较大，粒径约为1～4μm；而在图2(b）和图2(c）中，MgH2的颗粒尺寸有所降低，粒径约为0.2～2μm。EL-ESKANDARANY[7]曾阐释了Ti2Ni非晶粉末提升MgH2吸放氢性能的机理。该研究认为，当MgH2晶粒尺寸降至微米级后，传统球磨工艺难以对晶粒进行有效地“俘获”；而非晶颗粒可以在球磨过程中破坏直径为若干微米甚至纳米级的MgH2颗粒，使其晶粒进一步得到细化。由图2的SEM图像可以看出，非晶Nb-Ni和Nb-Fe的加入细化了MgH2晶粒，从而缩短了H扩散的距离，有利于该复合材料的吸放氢行为。2.3 Nb基非晶-MgH2的吸放氢性能
其中，PH2表示该温度下的材料的吸放氢平台压；ΔH是反应生成焓；ΔS为反应熵；R是气体常数，约等于8.314J/（K·mol）。基于表2中的吸放氢平台压，通过拟合ln Pvs 1 000/T，计算得到非晶Nb60Ni40-MgH2体系和非晶Nb60Fe40-MgH2体系的吸氢生成焓分别为-107.38、-80.76kJ/mol；而放氢过程的焓变则分别为92.85、87.53kJ/mol，如图3(b）、图3(d）所示。而纯Mg/MgH2体系的吸放氢焓变为±74.7kJ/mol[17]，相比之下，掺杂了Nb基非晶体系后，体系的吸放氢焓值绝对值均有所升高，说明Nb-Ni和Nb-Fe非晶的掺杂无法降低Mg/MgH2的热力学稳定性。将球磨后的纯MgH2和Nb基非晶-MgH2复合材料分别升至370℃并保温2h，在真空条件下使样品彻底脱氢，随后降温至250、200和150℃，在3 MPa氢压下吸氢2h，得到图4所示的吸氢动力学曲线。与图4(a）所示的纯MgH2相比，添加了非晶Nb60Ni40（图4(b））和Nb60Fe40（图4(c））的样品吸氢动力学性能均有所提升，三者在250℃、2h内的最大吸氢量分别为5.83%、5.08%和5.35%，而该温度10 min内吸氢量分别为4.11%、4.56%和4.53%，掺杂非晶的样品体现出了更快的吸氢速度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preparation and hydrogen storage properties of MgH2-trimesic acid-TM MOF（TM=Co,Fe） composites[J]. Zhewen Ma,Jianxin Zou,Darvaish Khan,Wen Zhu,Chuanzhu Hu,Xiaoqin Zeng,Wenjiang Ding. Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
本文编号：3247050
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3247050.html
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