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镁合金作为储氢材料的应用前景

发布日期:2017-03-17 来源:网络 作者:匿名

        镁元素是地球上储量较丰富的元素之一,在地壳表层金属矿资源中的含量为2.3%,位居常用金属的第4位。由于镁合金是工业应用中较轻的结构金属材料,其轻量化优势对于减少能源消耗,缓解日益严重的能源问题显示出巨大的应用潜力。除了轻量化这一重要特点,镁原子的特殊原子结构决定了其更多的功能特性,比如,镁是阻尼性能较优良的金属,比阻尼强度达到60%;镁的储氢能力达到7.6%,是金属中储氢能力非常大的元素。
  
  随着传统能源的日渐枯竭,寻找可更新的绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体,逐渐引起人们的关注。氢能具有以下优点:(1)氢的燃烧产物是水,对环境不产生任何污染;(2)氢可以通过太阳能、风能等分解水而更新,是可更新能源;(3)氢的燃烧值高,每公斤氢燃烧后产生的热量约为汽油的3倍,焦炭的4.5倍;(4)氢资源丰富,可通过水、碳氢化合物等分解生成。但是,在氢能的开发利用中,氢的制备、储存和运输方面还存在着问题,尤其是氢能的存储技术已成为氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈。高性能储氢合金的研究与开发,是氢能利用领域的重要课题。
  
  在储氢合金中,镁基储氢合金被广泛认为是较有发展前途的储氢材料之一。镁作为储氢材料具有密度小,储氢容量高,价格低廉,储量丰富等显著特点,但镁基储氢合金也存在一些问题:(1)吸放氢条件苛刻,速度慢;(2)生成的氢化物过于稳定,吸氢动力学性能差,需要573K温度才能有效吸放氢;(3)吸放氢循环稳定性差;(4)合金电较在碱液中的耐腐蚀性差,循环寿命低。镁基储氢合金的上述缺点限制了它的实际应用。为了克服上述缺点,目前的研究正集中于以下方面:
  
  一.纳米化处理。纳米尺度的储氢材料显示出新的优良性能,其活化性能明显提高,具有更高的氢扩散系数,并具有优良的吸放氢动力学性能。实验表明,用机械合金化法制备出MgH2-V,合金晶粒尺寸为10~20nm,在200℃,1.0MPa氢压下,100s吸氢量达5.5%;250℃,0.015MPa下,在900s内放氢量达5.3%。值得注意的是MgH2-V在充放氢循环200次后,放氢量不但没有下降,反而有所增加。另有报道,在镁基储氢材料中添加纳米碳管,可有效提高其储氢性能。
  
  二.非晶化处理。与晶态合金相比,非晶态合金拥有大量长程无序和短程有序结构,为氢的扩散和占位提供了大量能垒较低的空穴,从而有利于氢的吸收和释放。实验表明,采用球磨方法制备出非晶态Mg50Ni50合金,在20mA/g的放电条件下,电容量可达到500mAh/g,远高于铸态Mg50Ni50合金的放电容量(30mAh/g)。进一步添加Ni获得的Mg2Ni+70%Ni电较容量更高,达1082mAh/g。

 


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