毕业论文课题相关文献综述

1 引言

随着社会经济的快速发展，人类对能源的需求不断增加，导致化石燃料等可再生能源日渐枯竭，而化石燃料的大量使用造成了全球环境的严重污染。氢能作为二次能源之一，是一种清洁的能源，并且具有来源丰富广泛，且燃烧能量密度值高，燃烧后生成水，零污染等特点，因此对氢能源的开发利用已成为世界性的重要课题^[1]。氢能体系的主要技术环节包括氢的生产、储存、输送和使用等，其中氢气的储存是最关键的环节之一。传统的液化储氢、高压储氢方法效率低，对储存容器条件要求比较苛刻。因此人们开发了金属、非金属以及有机液体等储氢材料。现阶段研究、开发得最多的是金属氢化物。目前所开发和研究的金属储氢材料可大致分为稀土系(LaNi₅)、钛系(FeTi)、锆系(ZrMn)和镁系(Mg₂Ni)等，其中，镁基储氢合金具有一系列优点：(1)资源丰富，价格低廉，镁是地壳中含量最丰富的元素之一，约占地壳的2.35%；(2)密度小，仅为1.74 gcm^-3；(3)储氢量高，镁的理论储氢量7.6 wt.%(质量百分数，下同)， Mg₂Ni 的储氢量为3.6 wt.%，而被认为是最有发展前途的固态储氢介质。纯镁的理论储氢量高达 9.1 wt.% (mass fraction)，实际为7.6 wt.% ,但是镁基储氢材料也存在一些缺点，主要表现为吸放氢速度慢，吸放氢温度较高，以及循环寿命差等。为了使镁基储氢合金可以在低温 (473K) 条件下使用，就需要采用一系列方法改善其吸放氢性能。

2 镁基储氢合金概述

到目前为止，人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。其中最具有代表性的是 Mg-Ni系储氢合金，许多研究者围绕这一系列合金开展了大量的研究工作。在制备方法上，主要研究了熔炼法、粉末烧结法、扩散法、机械合金化法和氢化燃烧合成法等，并且对镁基储氢合金采用表面处理和热处理来进一步提高其动力学性能和循环寿命。

2. 1 Mg - Ni系储氢合金

在Mg与Ni 形成的合金体系中存在2种金属间化合物Mg₂Ni和MgNi₂ ,其中MgNi₂不与氢气发生反应。 MgNi₂在一定条件下(1.4 MPa、约 200 ℃) 与氢反应生成 Mg₂ NiH₄，反应方程式如下：

MgNi₂ 2H₂ = Mg₂ NiH₄, 　 △H =-64. 5 k J /mol

反应生成的氢化物中氢含量为3.6 wt.%，其离解压为0.1MPa、离解温度为 253℃。MgNi₂ 理论电化学容量为 999 mAhg^-1，但其形成的氢化物在室温下较稳定而不易脱氢 。且与强碱性电解液 ( 6 molL^{- 1} 的KOH ) 接触后，合金表面易形成 Mg(OH)₂，阻止了电解液与合金表面的氢交换、 氢转移和氢向合金体内扩散，致使 MgNi₂的实际电化学容量、循环寿命差。

2.2 镁与其它元素组成的镁基储氢合金

除了Mg-Ni系储氢合金以外，研究者们研究得比较多的还有 Mg-Al 系以及 Mg-La系储氢合金。Mg-Al 系储氢合金有下列 3 种类型：Mg₃Al₁₂(γ)、 Mg₁₇Al₁₂(γ)、Mg₂Al₃(β)。1978年，Douglass 用熔炼的方法制备的镁铝银储氢合金，储氢容量达到了6.3 wt.%。Nachman^[2] 等合成的Mg_0.8Al _0.1La_0.1，吸氢量为4.2%，放氢温度为310℃。Reilly等制备的Mg-14Al储氢量为6.7%，放氢温度为352℃。Lupu等合成的Mg₁₇Al₁₁Ti，储氢量达到4.7%，放氢温度为304℃。Gingl.F^[3] 等认为Mg-La系合金 (LnM₁₂、LnMg₁₇、LnMg₄₁) 的典型代表是Mg₁₇La₂，最大吸氢量可达6.05%，放氢温度一般在320～350 ℃。