鎂基合金的吸放氫動力學(xué)模型與機(jī)理研究.pdf

1、具有良好吸放氫動力學(xué)性能的儲氫材料一直是廣大研究者探索的熱點(diǎn)。鎂基合金因其豐富的資源，較高的吸放氫容量而備受關(guān)注。但純鎂仍存在一系列問題，比如動力學(xué)性能較差、活化困難、放氫溫度高等缺點(diǎn)，限制了其實(shí)際應(yīng)用。稀土-鎂系儲氫合金具有儲放氫條件溫和、平臺壓適中、原料儲量豐富等優(yōu)點(diǎn)，在能源儲存和利用方面顯示出良好的應(yīng)用前景。本文針對合金吸放氫過程中的擴(kuò)散控速與界面控速兩種控制機(jī)制提出了一系列易于應(yīng)用的動力學(xué)模型公式，包括反應(yīng)時間與反應(yīng)分?jǐn)?shù)、最優(yōu)氫

2、化溫度與對應(yīng)的最小特征時間等關(guān)系式。采用粉末燒結(jié)法與氫化燃燒合成法兩種工藝制備鎂基儲氫合金，并用推導(dǎo)模型系統(tǒng)研究了合金的吸放氫動力學(xué)性能。另外，本文還歸納了部分文獻(xiàn)中的動力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用推導(dǎo)的模型研究了文獻(xiàn)中鎂系合金的吸放氫動力學(xué)，并進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的正確性。
　　通過對富鎂儲氫合金的相關(guān)動力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型分析，發(fā)現(xiàn) Nd的添加對改善鎂基儲氫合金吸氫動力學(xué)性能較為顯著，在提升吸氫量的同時，能將活化能降低至79.29 kJ/mol

3、 H2，最優(yōu)反應(yīng)溫度（696 K）、4 MPaH2條件下吸氫完成所需的特征反應(yīng)時間（83 s）最少。Mg95Ni5與少量Zr0.7Ti0.3Mn2形成的富鎂儲氫合金吸氫活化能為109.85 kJ/mol H2，所需特征時間僅為49 s，比純鎂有大幅度降低，主要受界面控速為主，模型擬合相關(guān)系數(shù)平方值R2高達(dá)0.99045。
　　經(jīng)過對 Mg2Ni基三種儲氫合金吸放氫動力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合分析可得出：三種合金均受擴(kuò)散控速。其中，采用球磨

4、制備的Mg2Ni合金擬合度R2最高（0.98186），活化能為110.326 kJ/mol H2，在4 MPaH2下最優(yōu)溫度707 K所需特征時間僅為109 s，整體效果最佳。放氫動力學(xué)結(jié)果顯示：在不同磁場下制備的三種合金中，4MPaH2下的合金放氫速率最快，623 K時僅需約160 s就能夠?qū)淙酷尫懦鰜恚h(yuǎn)遠(yuǎn)快于前兩者。三種合金的模型擬合度較高，R2均大于0.95，2MPaH2下得到的合金活化能最低，為161.371 kJ/mol

5、 H2。
　　La-Mg系復(fù)合儲氫材料動力學(xué)擬合結(jié)果顯示：Ni的加入對La-Mg系復(fù)合儲氫材料的吸氫動力學(xué)改善效果最佳，在573 K及2 MPa H2條件下，達(dá)到3.87 wt.％的最大吸氫量所需時間僅為250 s，并且在80 s內(nèi)就能達(dá)到最大吸氫量的90%。模型擬合分析后發(fā)現(xiàn)：不同壓力條件下的動力學(xué)數(shù)據(jù)都可用擴(kuò)散控速模型進(jìn)行擬合，R2均大于0.98，La2Mg17-Ni的吸氫活化能為39.492 kJ/mol H2，最優(yōu)氫化溫度