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氢能作为一种理想的绿色能源,安全储运问题成为其发展的关键环节之一。金属-氮-氢体系由于储氢量高,可逆性好,吸放氢条件较为温和等优点,成为目前研究的热点。但有关该体系循环吸放氢性能的研究较少。本文采用高能球磨方法制备了3Mg(NH2)2-8LiH材料。采用XRD、SEM、FT-IR、TPD、在线GC、气固吸放氢测试等多种分析手段对其性能及吸放氢反应机理进行了研究。
首先,采用球磨法制备了高活性Mg(NH2)2,然后将之与LiH充分混合后球磨制得3Mg(NH2)2-8LiH储氢体系。放氢测试结果显示,该体系在100℃左右开始放氢,210℃放氢速率最快；180-190℃时吸放氢过程实现了完全的可逆。另外,本文通过延长Mg(NH2)2的预球磨时间探索了放氢反应机理,该研究结果一方面证实了Ichikawa的NH3中间体机理,另一方面也说明Mg(NH2)2颗粒大小要与LiH达到合适的匹配,才会使放氢性能达到最佳。
对3Mg(NH2)2-8LiH储氢材料的吸放氢循环性能研究结果显示:该材料在210℃首周放氢量可达5.0wt％,第二至三周分别衰减至4.4wt％和3.6wt％；第四周后放氢量则稳定在3.2wt％左右。样品在190℃的首周吸氢量可达4.9wt％,第二周迅速衰减至4.2wt％,第三至五周容量缓慢衰减,第六周后吸氢量维持在3.6wt％左右。研究还发现,其放氢循环的动力学性能较为稳定:除首周完成90％的放氢量需要90min左右外,之后的2-9周循环过程,完成大部分放氢仅需50min左右。
本文利用在线GC、XRD和SEM等测试手段对循环失效机理进行了分析。在线GC和SEM结果分别排除了NH3释放和颗粒团聚对循环衰减的影响。而XRD结果表明:MgNH和Li2NH的晶化、不可逆相LiMgN的出现以及稳定性更高LiNH2相的逐渐生成等可能为循环性能衰减的主要因为。