元素替代、球磨和硫化物催化對合金Mg23-xLaxNi10(x=0-5)儲(chǔ)氫性能的影響.pdf

1、Mg基儲(chǔ)氫合金因具有儲(chǔ)氫容量大、吸放氫循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異、質(zhì)量輕且成本低廉等眾多優(yōu)點(diǎn)，而被認(rèn)為是極具商業(yè)應(yīng)用前景的儲(chǔ)氫材料之一。但其儲(chǔ)氫動(dòng)力學(xué)性能較差，制約了其在儲(chǔ)氫領(lǐng)域的實(shí)用與發(fā)展。為改善 Mg基合金的儲(chǔ)氫性能，廣大科研工作者們做了很多探索性實(shí)驗(yàn)，如合金制備工藝優(yōu)化、合金表面結(jié)構(gòu)改性、添加催化劑等手段，以改善合金的動(dòng)力學(xué)性能。
　　本實(shí)驗(yàn)中合金成分為 Mg23-xLaxNi10(x=0-5)，為減少熔煉過程中合金因燒損而導(dǎo)致成分偏離

2、，熔煉時(shí)以高純氣體 He作為保護(hù)氣體， La過量5wt.%、Mg過量10wt.%。合金熔煉后進(jìn)行快淬處理，淬速為15m/s，快淬所得合金條帶作為本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)研究材料。在研缽（瑪瑙材質(zhì)）中將部分快淬帶研磨至粉末態(tài)，然后過300目標(biāo)準(zhǔn)篩，所得粉末即為快淬態(tài)合金的實(shí)驗(yàn)用原材料。通過行星球磨機(jī)對部分快淬帶進(jìn)行機(jī)械合金化處理，所得粉末即為球磨態(tài)合金的實(shí)驗(yàn)用原材料。
　　利用 X射線衍射儀、高分辨透射電鏡、能譜儀等實(shí)驗(yàn)儀器分析合金的相組成結(jié)構(gòu)

3、以及微觀晶體結(jié)構(gòu)。利用MH-PCT測試儀測得合金的吸放氫動(dòng)力學(xué)曲線和PCT曲線，并對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可得到合金的表觀活化能、反應(yīng)焓變、反應(yīng)熵變等重要的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)。
　　金屬 La元素未添加時(shí)，實(shí)驗(yàn)合金 Mg23Ni10的主相為 Mg2Ni相，并含有少量的Mg相。隨著金屬 La元素的添加，合金中出現(xiàn)了 LaNi相和 LaMg相。吸氫后主相轉(zhuǎn)變?yōu)镸g2NiH4相。放氫后主相又轉(zhuǎn)變?yōu)镸g2Ni相。
　　通過元素替代改

4、變合金的成分，稀土金屬 La部分替代合金中的金屬 Mg，達(dá)到合金吸氫量飽和值的90%時(shí)，所需時(shí)間由1800s減少到42s，然而相應(yīng)的放氫時(shí)間變化不大；吸氫平臺(tái)壓由0.192MPa增大為0.2517MPa，但相應(yīng)的吸氫平臺(tái)壓變化不大；吸氫活化能降低了146.17 kJ/mol，放氫活化能降低了31.54 kJ/mol。
　　通過機(jī)械合金化的球磨工藝，使得合金的吸氫平臺(tái)壓由0.2517MPa增大為0.4902MPa，放氫平臺(tái)壓由0.1

5、391MPa減小為0.0719MPa；放氫活化焓由82.76kJ/mol降低到67.74kJ/mol，放氫活化熵由146.83J/molK降低到123.48J/molK。經(jīng)過球磨后，合金組織向非晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，且隨著球磨時(shí)間的延長，合金的非晶化趨勢愈加明顯。
　　通過金屬硫化物催化合金 Mg20La3Ni10，使得合金的放氫平臺(tái)壓降低了0.0289MPa，更加趨近大氣壓，但合金的吸氫平臺(tái)壓變化不大。合金吸放氫反應(yīng)焓變和熵變都有所減小，