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储氢材料是氢能源成功利用的关键之一。镁基储氢材料因具有理论可逆储氢容量(7.6wt%H2)高和价格低廉的优点,成为很有应用前景的固态储氢材料。本文采用粉末烧结法制备了镁基合金、利用反应球磨法进行了材料的球磨改性,并合成了稀土掺杂的镁基储氢材料。利用XRD、SEM、TG/DSC、Sieverts型吸氢动力学测试系统等表征手段,系统研究了烧结工艺、球磨参数、稀土元素掺杂对储氢材料的物相组成、形貌、显微结构和储氢性能的影响。
采用粉末烧结制备了稀土掺杂的Mg-Ni-RE合金。以合金试样完整、试样组分挥发量少、合金化程度高为选择依据,得到合理实验条件为:金属压制成型后采用石墨包覆,在氩气氛中最高温度升至600-700℃之间,保温10-30min;再将温度降至400℃并保温10-100min。将合成的Mg-20wt%Ni-8wt%La合金采用反应球磨法进行改性,在200℃和3MPa条件下,材料具有良好的的吸氢动力学性能。
采用反应球磨法制备了Mg-10wt%(1/4M-3/4Ni)复合储氢材料,球磨在5barH2气氛中运行30h。Mg-Ni-M体系中添加Ti、Y生成MgH2的量最多,Mg-Ni-Y放氢容量比Mg-Ni多1.35wt%H2;添加稀土元素Y放氢温度最低,放氢温度比Mg-Ni低20℃。以稀土镁合金(Mg-La)为原料,采用反应球磨法制备了的(Mg-La)-Ni复合储氢材料。球磨过程中稀土镁合金吸氢并分解生成MgH2和稀土氢化物,反应球磨使材料晶粒细化。(Mg-La)-Ni复合储氢材料储氢容量为5wt%H2,其放氢温度比纯Mg低125℃。
在不同球磨条件下分别制备出MgH2-xmol%CeCl3(x=0,2,10)复合储氢材料。球磨后CeCl3均匀分散在MgH2基体中,随着球磨时间的增加样品晶粒细化,球磨8h以上样品粒径尺寸在1～10um之间;球磨时间小于30h,复合储氢材料放氢温度随球磨时间的增加而降低,但球磨40h的复合储氢材料放氢温度比30h高;相同的球磨时间(14h),CeCl3掺杂使MgH2放氢温度降低了33℃。Ce3+和Cl-分别与MgH2中的Mg和H有亲和力,高温下(450℃)CeCl3与MgH2发生反应,促进MgH2分解释氢。