论文部分内容阅读
Ti-V基固溶体型储氢合金由于较大的储氢量和温和的吸放氢条件而被认为是有希望得到实际应用的储氢材料之一。为了对Ti-V基储氢合金的性能及反应机理进行研究,本文采用X射线衍射、压力组分温度测试、扫描电镜、电化学测试仪、原位中子衍射仪、粒径分析仪以及成分分析等分析方法,深入系统地研究了Ti-V基合金的储氢性能、电化学性能、合金组分与微结构、动力学反应机理、吸放氢反应中相结构变化以及氢原子在合金中占位情况。
通过Fe取代合金Ti-V-Cr-Mn中部分Cr,研究合金38Ti-30V-18Mn-(14-x)Cr-xFe(x=0,2,4,8)结构及性能变化。合金最初为BCC单相结构。随着Fe取代量的增加,合金中MnxTi(x＜1)Laves相逐渐增多,但仍以BCC相为主相,同时使BCC相晶胞体积减小。合金的吸氢量随合金中Fe含量的增加减少,放氢平台压力逐渐升高。合金系列的有效储氢量先增加后减少,最大值出现在x=4,最大吸氢量为3.3％(质量分数,下同),有效放氢量为1.51%。
对合金38Ti-18Mn-14Cr-30V与AB5型合金进行球磨对合金储氢及电化学性能研究表明:合金的吸氢量随AB5合金量的增加而减少,当加入50%的AB5合金后吸氢量只有1.89%。合金的电化学容量随着AB5合金含量增加而增加,当加入50%的AB5合金后,合金最大放电容量达到320mAh g-1。用溶胶凝胶法在合金33Ti20V47Cr表面沉积Pd后,研究表明:Pd可以成功沉积在合金表面,对合金的吸氢量影响较小,添加4%的Pd时吸氢量仅减小10%左右,电化学容量达到225 mAhg-1,并且具有较好的循环性能。
对合金33Ti-20V-47Cr吸氢动力学研究表明:合金吸氢过程为三维扩散过程,拟合出了吸氢动力学方程。合金吸氢温度越高,吸氢速度越快;由于合金具有两个吸氢平台以及吸氢反应分数定义,合金在3.5MPa下比1.5Mpa、2.5Mpa完成吸氢慢,但仍然具有相当快的吸氢速度;合金粒径对吸氢动力学性能的影响为粒径越大,吸氢速度越快。这是由于合金会吸氢为放热反应,粒径越大,合金温度越高。
对合金38Ti-30V-14Cr-18Mn进行原位中子衍射研究表明:合金吸氢前具有单一BCC结构,随着氢含量增加,转变为BCT结构,最终转变为FCC结构。D原子位于BCC结构八面体间隙位置,位于BCT、FCC结构的四面体间隙位置。合金放氢过程为吸氢过程的反过程,最终回到BCC结构,合金晶格常数变大。