鎂基儲氫材料的改進(jìn)

氫能的存儲是氫能利用走向規(guī)模化的關(guān)鍵。鎂基儲氫材料因儲氫量大、成本低廉而被認(rèn)為是一種最有前途的固態(tài)儲氫材料,但由于其吸放氫速率慢,吸放氫溫度高,在空氣中易被氧化而嚴(yán)重影響了其應(yīng)用。為了克服這些缺點,人們研究了多種改進(jìn)方法。
　　一、元素取代。
　　實驗表明,以Mg2Ni為基的儲氫合金,如用Al或Ca置換其中部分Mg,則吸放氫反應(yīng)速率比Mg2Ni大40%以上;如用V,Cr,Mn,Fe,Co中的任一種元素置換Mg2Ni中的部分Ni,則氫化速率和分解速率也均比Mg2Ni高。另有報道,Zr元素的添加能有效降低Mg2Ni的吸放氫溫度,并能有效提高合金的吸氫量,最大吸氫量達(dá)到4.91%。
　　二、添加劑改性
　　在鎂基儲氫合金中加入某些單質(zhì)金屬元素、過渡族金屬氧化物、過渡族金屬氯化物、金屬間化合物或碳材料等添加劑,利用機械合金化使這些添加物鑲嵌在鎂基合金顆粒表面,從而破壞其表面氧化層,是目前改善鎂基儲氫合金吸放氫性能的最好方法。(1)單質(zhì)金屬,有Pd,Ni,Fe,V,Ti,Mn,B等。例如,通過機械合金化制備的MgH2-V復(fù)合材料,在423K、1.0MPa氫壓下100s內(nèi)吸氫量達(dá)5.5%,在523K、0.015MPa壓力下900s內(nèi)放氫量達(dá)5.3%,具有很好的吸放氫動力學(xué)特性。(2)金屬間化合物,有LaNi5,FeTi,Mg2Ni等。例如,采用反應(yīng)球磨法制備的Mg-60%LaNi5鎂基復(fù)合儲氫材料具有較高的活性,在5.0MPa氫氣壓力和373～473K的條件下,1分鐘內(nèi)可完成飽和吸氫量的80%以上;553K時最大吸氫量為4.23%。(3)氧化物,有V2O5,TiO2,MnO2,Fe2O3等。例如,用機械合金化法在充氫球磨條件下制備的Mg-Ni-MnO2復(fù)合儲氫材料,在300℃、0.1MPa壓力條件下放氫動力學(xué)性能良好。(4)碳材料,有石墨、碳納米管和煤等。碳材料比表面積大,成本低,且能在低溫下儲氫。例如,利用機械合金化方法,在0.5MPa氫氣氣氛下通過添加碳納米管制備出Mg-3Ni-2MnO2-0.25CNTs鎂基復(fù)合儲氫材料。具有優(yōu)異的儲氫性能,儲氫容量高達(dá)7.0%,吸氫反應(yīng)可在100s內(nèi)快速完成。
　　三、表面處理。
　　鎂基儲氫材料在充放電循環(huán)過程中表面易被氧化成Mg(OH)2,導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性變差。研究表明,通過改變其表面狀態(tài)(化學(xué)鍍和氟化處理)可延緩Mg(OH)2層的形成。例如,用NH4F溶液處理的La1.8Ca0.2Mg14Ni3鎂基合金,室溫下無需活化即可部分吸氫,且吸氫速率較快。