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用复合氢化物改善纯镁储氢性能的研究

作　者: 毛建锋
导　师: 吴铸；余学斌
学　校: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）
专　业: 材料物理与化学
关键词: 镁复合氢化物储氢性能机械球磨
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

商业上切实可行的储氢技术是燃料电池汽车普及的关键之一。储氢材料不仅要安全可靠，而且还要有高储氢容量和密度。美国能源部设定的用于燃料电池汽车的储氢容量最低为6.5 wt％、密度为62 kg／m³，并在100 bar和200℃以下应该能迅速充放氢。在传统的储氢金属中镁由于其储氢容量高（7.6 wt．％），资源丰富和价格低廉，一直受到研究者的关注。但其苛刻的吸放氢条件（＞300℃）和较差的动力学性能是阻碍了实际的应用。虽然通过高能球磨达到纳米晶或非晶态能改善其性能，可球磨需要很长时间，从而要耗费很大的能量。本文以提高镁的吸放氢动力学性能为目的，通过LiBH₄和LiNH₂使镁活化，并运用XRD、PCT等测试手段对复合氢化物改善镁的储氢性能进行了研究。设计了一种球磨罐，它能承受＜5MPa高压（氢压）且可以在真空下工作。在氩气气氛下球磨混合物LiBH₄／Mg（1∶4）1小时，此混合物在250℃下，60分钟时的吸氢量为6.7wt％，200℃下，80分钟时的吸氢量为3.0wt％。而在相同条件下的纯镁几乎不吸氢。在350℃时的放氢结果表明，纯镁的平均放氢速度为1.01×10^-4wt％s^-1，而LiBH₄／Mg（1∶4）的平均放氢速度为2.85×10^-4 wt％s^-1。在3MPa氢压下球磨混合物LiBH₄／Mg（1∶10）40小时直接合成了高活性的MgH₂。在200℃下80分钟时的吸氢量为5.70wt％，150℃下200分钟时的吸氢量为1.30wt％。在氩气气氛下球磨混合物Mg+5wt％LiNH₂一小时，此混合物在200℃下，2小时的吸氢量为2.65wt％，12小时的吸氢量为5.95wt％，是镁理论吸氢量的78.28％。而在相同条件下的纯镁在300℃下2小时的吸氢量只有0.8wt％，12小时的吸氢量也只有4.6wt％。在3MPa氢压下球磨混合物Mg+5wt％LiNH₂ 40小时直接合成了高活性的MgH₂。在200℃时2小时的吸氢量为5.19wt％，6小时的吸氢量为6.28wt％，12小时的吸氢量为6.51wt％。研究表明：LiBH₄和LiNH₂能有效改善纯镁的储氢性能。在氩气气氛下球磨LiBH₄／LiNH₂储氢体系并对其进行了XRD分析。结果表明，LiBH₄和LiNH₂（1∶1，1∶2，1∶3）混合球磨1个小时就基本完成反应；并且在按摩尔比1∶2和1∶3之间全部反应生成新相。

用复合氢化物改善纯镁储氢性能的研究

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