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氢能作为一种新能源,它的生产、存贮、运输及实际应用受到能源领域的关注和研究。储氢材料是一种以固体方式存储氢气的载体,相对于传统高压气瓶运输较为方便,同时,在氢气工业生产方面,则可以从焦炉煤气中分离得到。 本文以纯镁粉、纯镍粉及无烟煤微晶碳为原料,按照不同的质量比,在1 MPa氢气压力常温球磨制备储氢材料;主要研究了不同制备条件下金属镍对材料的影响,分别从三个方面:材料的微观形貌、粒度、物相进行了分析,并对材料的储氢密度、放氢量、吸放氢温度等性能进行测试,对比不同镍含量不同组分的材料性能,分析了金属镍对材料性能的影响。 试验表明,由于Ni的硬度比Mg大,在球磨过程中具有一定助磨作用,减小了材料的颗粒尺寸。Ni经一定时间球磨后,能与材料中的Mg、C混合均匀。添加1wt.%~10 wt.%Ni,采用氢气球磨法制备镁基储氢材料,其XRD图中除Mg、 Ni衍射峰外,存在MgH2的衍射峰;根据XRD衍射数据,利用Scherrer公式计算了晶粒尺寸,发现随Ni含量增多,MgH2晶粒增长缓慢。 在性能测试中,发现Ni能改善镁基储氢材料的吸放氢性能。静态储氢时,添加Ni的材料在较低温度(160℃)下即可得到较高储氢密度(约5 wt.%),这与无Ni材料高温(300℃)下所得储氢密度相近。添加Ni储氢材料与不添加Ni储氢材料相比,放氢温度约低70~130℃,放氢量增加—从200 mL/g提高到400 mL/g,同时放氢速度加快。添加Ni的储氢材料DSC曲线上表现出新的特征:第一峰温约为300℃,比MgH2低近100℃,比镁基储氢材料约低30℃,并且发现添加Ni的材料中均出现双峰,第二峰温约为350℃。 此外,添加Ni的材料比一般的无Ni储氢材料活化能降低约50 kJ/mol。在H2分解、H扩散过程中,Ni产生氢溢流现象,作为金属催化中心加速H2解离,H原子然后迁移到Mg上,改变了Mg的吸氢路径,从而降低储氢条件要求。这与H2直接和Mg发生反应形成氢化物相比,所需能量减小。 Ni在材料中以单质态和化合态两种状态存在,单质态Ni的氢溢流催化作用使材料能在低温下放氢,H原子沿加氢路径逆向迁移形成H2,产生第一次放氢,即DSC曲线上较大的第一个吸热峰;化合态Ni以少量Mg2NiH4形式存在,使材料在高温下进行第二次放氢,即DSC曲线上峰形较小的第二个吸热峰。