助磨剂和金属钴对镁基储氢材料影响的研究

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金属镁因储氢量高、来源广泛和价格低廉,在储氢材料研究领域受到了极大的关注。但是纯镁具有较强的延展性和可塑性,经过机械球磨制备储氢材料时容易在高能环境下发生焊接和团聚,粘附在球磨罐壁和磨球上,不利于实验的进行。而且纯氢化镁的放氢温度太高,不利于实际应用。所以需要在制备镁基储氢材料时添加助磨剂和金属添加剂以提高储氢材料的性能。  储氢材料中助磨剂的分散性、润滑性、添加量以及金属镁的粒度和结构都会影响到储氢材料的储氢性能。分散性良好的碳质助磨剂能有效地防止金属镁粉在球磨过程中焊接和团聚。分别添加30 wt.%微晶碳,5wt.%润滑作用较强的针状焦,20 wt.%杏壳活性炭的储氢材料具有最大储氢量。二硫化钼对镁基储氢材料具有良好的分散效果,其热稳定性良好,包覆在颗粒表面可以有效防止储氢材料氧化,添加量10 wt.%时的放氢峰温最低,是402.0℃。当碳和二硫化钼的添加量较大时,其润滑作用的增强使储氢材料中的镁粉产生相对滑动,不利于镁粉粒度的减小,阻碍了储氢材料的氢化。  除了添加助磨剂以外,添加金属催化剂能有效地在镁粉表面催化氢分子的解离,也能显著降低储氢材料的放氢温度,提高储氢材料的氢化程度,提高材料的储氢量。其中添加10 wt.%金属钴和40 wt.%微晶碳的储氢材料的放氢始温是201.7℃,放氢峰温271.4℃,放氢末温是299.5℃,比纯氢化镁的放氢始温和放氢峰温分别低了150℃和120℃。通过对氢气球磨制备的储氢材料80Mg20Co放氢前后以及静态储氢后的SEM照片观察,表明添加了金属钴球磨制备的材料粒度很小。通过对分别添加10 wt.%、15 wt.%、20 wt.%金属钴在1 MPa氢气压力下球磨3h的储氢材料的XRD检测,表明随着金属钴添加量的增加,储氢材料中金属镁和MgH2的晶粒逐渐减小,非晶化程度增加,表明钴在球磨中起到了良好的助磨作用。对材料的DSC和TPD曲线分析,表明随着金属钴添加量的增加储氢材料粒度和晶粒都逐渐减小,有利于金属镁的氢化,同时金属钴的催化作用使储氢材料的放氢始温和放氢峰温都逐渐降低。  对比储氢材料50Mg40C10Co和90Mg10Co的DSC曲线,发现添加了钴和微晶碳的储氢材料放氢始温、放氢峰温和放氢末温比只添加金属钴的储氢材料分别降低了26℃、14.6℃、25.5℃,这表明金属钴和微晶碳发生了协同作用,金属钴的催化作用和微晶碳的助磨作用共同提高了储氢材料的放氢性能。
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