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Mg-Al-Ni系储氢合金的结构及储氢性能研究

作　者: 樊超
导　师: 巨新
学　校: 北京科技大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 储氢合金 XRD 吸放氢动力学曲线 XPS EXAFS
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

储氢合金是一种能在晶体的空隙中大量储存氢原子的材料,其吸氢密度超过液态氢和固态氢密度,既简便又安全。在储氢合金材料中,镁基储氢合金的储氢能力最高,而且资源丰富,成本较低。镁基储氢材料中以Mg2Ni为代表,其吸放氢的速度较快,放氢温度也相对较低,储氢量高,被认为是最具有应用开发价值的储氢材料。用Al部分取代Mg2Ni中的Mg可以较好的提高Mg2Ni的合金储氢性能。作者使用SPEX-8000高能振动球磨机通过优化的机械合金法制备了Mg1.9Al0.1Ni储氢合金粉末,并通过XRD、XPS、同步辐射EXAFS、PCT曲线以及吸放氢动力学性能测试,对不同球磨时间样品的结构变化和储氢动力学性能进行了研究,分析了球磨时间对合金相结构的变化,进一步分析了合金结构的变化与合金储氢量的关系,并且分析了样品的储氢性能随着吸放氢循环次数的增加而产生的变化。在制备样品过程中,以球料比为10:1并添加少量CCl4作为过程控制剂,在氩气气氛下进行球磨。研究结果表明:掺杂Al元素的Mg2Ni吸放氢速度要比不掺杂的更快一些,证明了用Al部分取代Mg2Ni中的Mg可以较好的提高Mg2Ni的合金储氢性能;XRD数据结果显示,随着球磨时间的不同,样品的物相差别较大,其吸放氢性能也有所不同,在球磨时间40h时左右样品的Mg2Ni衍射峰达到最大;XPS的数据分析显示在样品放氢后,表面的Al元素增加而Mg元素减少,说明随着循环次数的增加,样品表面的Mg元素被Al元素逐渐取代;利用WinXAS软件分析EXAFS的数据,获得了合金在吸放氢循环不同周期后的局域结构包括键长、配位数及无序度信息,数据分析显示样品随着循环次数增加Ni-Mg键长有所增加,而Ni-Ni键却没有明显变化,而在循环次数为10次以后,Ni-Mg键长也没有了显著变化,与吸放氢动力学性能曲线的结果相对应;而吸放氢动力学性能曲线显示,在随着样品的吸放氢循环次数增加时,样品的吸放氢能力有所增加,这也就是样品的活化过程,但在循环次数为10次以后,样品吸放氢能力稳定,不再增加,随着再次不断增加循环次数,则样品吸放氢性能会慢慢下降。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-10
1 引言  10-27
  1.1 氢能源及其应用前景  10-11
    1.1.1 氢能源  10
    1.1.2 氢能源的应用  10-11
    1.1.3 利用氢能面临的技术问题  11
  1.2 储氢材料  11-19
    1.2.1 储氢材料简介  11-14
    1.2.2 储氢合金的吸氢机理及应用  14-16
    1.2.3 储氢合金的研究进展  16-19
  1.3 Mg 基储氢材料  19-25
    1.3.1 Mg 基储氢材料研究概况  19-20
    1.3.2 Mg-Ni 系储氢合金的研究情况  20-22
    1.3.3 Mg-Al-Ni 系储氢合金的研究情况  22-24
    1.3.4 Mg 基储氢合金的应用前景  24-25
  1.4 本课题的研究目的、研究内容及研究方法  25-27
    1.4.1 课题来源及研究目的  25
    1.4.2 研究内容及创新点  25-26
    1.4.3 研究方法  26-27
2 实验方法  27-42
  2.1 机械合金法(MA)制备Mg-Al-Ni 系储氢合金  27-30
  2.2 X 射线衍射(XRD)实验  30-33
  2.3 扫描电镜(SEM)形貌观察实验  33-34
  2.4 吸放氢性能测试实验  34-37
  2.5 X 射线光电子能谱(XPS)实验  37-38
  2.6 同步辐射扩展X 射线吸收精细结构(EXAFS)实验  38-42
3 实验分析与讨论  42-67
  3.1 样品制备  42-45
    3.1.1 实验原料及参数  42
    3.1.2 制备过程和优化机械合金法  42-45
  3.2 XRD 实验及数据分析  45-53
    3.2.1 实验过程  45
    3.2.2 数据分析  45-53
  3.3 SEM 扫描电镜实验及数据分析  53-57
    3.3.1 实验过程  53
    3.3.2 数据分析  53-57
  3.4 吸放氢性能测试实验及数据分析  57-60
    3.4.1 实验过程  57-58
    3.4.2 数据分析  58-60
  3.5 XPS 实验及数据分析  60-63
    3.5.1 实验过程  60-61
    3.5.2 数据分析  61-63
  3.6 EXAFS 实验及数据分析  63-67
    3.6.1 实验过程  63
    3.6.2 数据分析  63-67
4 结论  67-69
参考文献  69-74
作者简历及在学研究成果  74-76
学位论文数据集  76

Mg-Al-Ni系储氢合金的结构及储氢性能研究

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