镁基储氢材料储氢容量大，并且吸放氢过程伴随一定的热效应，从而在氢气的存储和热能存储等方面具有潜在的应用前景。但是由于纯镁的吸放氢动力学性能比较差而无法发挥其在储氢以及储热方面的优势。本文选择自主开发的Mg-3Ni-2MnO2储氢材料作为研究对象，通过充氢球磨工艺制备具有纳米晶的储氢复合材料，进而对其相关的储氢性能进行系统的研究，并在此基础上开发了针对该种储氢材料的实际应用。 选择颗粒尺寸为1.1um的Mg-3Ni-2MnO2储氢复合材料，对其本征储氢性能进行系统研究；利用J-M-A方程中Avrami指数研究储氢材料吸放氢过程的相转变行为，在此基础上推导出本征吸放氢动力学方程并进行数值模拟，结果表明：Mg-3Ni-2MnO2储氢材料具有良好的本征吸放氢动力学性能，温度和压力对储氢材料的本征吸放氢动力学性能有影响，温度和压力不改变储氢材料相转变规律，但改变相变速度；本征动力学方程计算的理论值能够较好的与实验结果相吻合；吸氢过程根据动力学性能特征分成三个温度区间，A区间内，温度越高，其动力学性能越优异；B区间，温度越高，其动力学则逐渐弱化，但是仍能够以较短的时间完成吸氢；C区间，则不能吸氢。 建立了针对Mg-3Ni-2MnO2储氢材料反应床的传热传质数学模型，并采用数值模拟技术进行计算，结果表明：与储氢材料的本征吸放氢动力学相比，反应床需要利用较长的时间完成吸放氢过程。吸氢过程反应床温度迅速升高，不同区域温度场和浓度场演变规律不同。靠近反应床壁面区域温度较低，吸氢速度较快，并优先完成吸氢；心部则温度较高，其吸氢速度也较慢。放氢过程反应床整体温度降低，靠近反应床壁面区域温度较高，放氢速度较快；心部温度较低，放氢速度比较慢。吸放氢过程中，反应总是优先在边缘完成，后期的反应主要集中在心部。 在储氢材料反应床传热传质数值模拟的基础上，系统的进行了Mg-3Ni-2MnO2储氢材料反应床传热传质的实验研究。反应床初始温度、入口压力以及孔隙率对储氢材料的累积吸氢动力学性能有影响；同样，反应床初始温度以及孔隙率对累积放氢动力学性能产生影响。与储氢材料本征吸氢动力学性能不同的是：反应床初始温度越低，越有利于吸氢。对反应床操作参数优化得出结论：在2.0MPa、150℃、ε为0.53的条件下能够在800s的时间内完成吸氢；在1atm、360℃、ε为0.53时能够在3500s的时间内完成放氢。通过对储氢材料反应床传热传质相互作用的分析，定性的解释了反应床初始温度、入口压力以及孔隙率对累积吸放氢动力学性能影响的规律，指出了改善反应床储氢性能应该以传热速率作为设计标准，而不是有效导热系数。 根据储氢材料反应床储氢性能以及热效应的特点，设计了大容量蓄热式储氢联合装置，并进行了相应的实验研究，结果表明：针对Mg-3Ni-2MnO2储氢材料的吸放氢，蓄热式储氢联合装置能够在一定程度上有效提高能量综合利用率。