论文部分内容阅读
根据国内外研究现状,结合V基贮氢材料的研究结果,重点研究了Ni掺杂对金属V吸氘活性、抗粉化性能、增压性能和抗毒化性能的影响,并对影响改性金属V的贮氢性能的因素进行了分析。其中V-Ni合金的抗粉化性能和抗毒化性能在国内外鲜有报道。研究结果表明,通过在纯V添加少量金属Ni,运用磁悬浮感应熔炼法,熔炼两次能够制备出达到预期合金设定成分要求的V-Ni合金铸锭样品。当Ni掺杂量不超过8.3%(原子分数,下同)时,熔炼制得的合金为BCC结构的固溶体,不改变主相的结构。纯V很难活化,经高温除气处理后,需2-3次吸放氘循环才基本活化。掺杂改性后的V100-xNix合金活性明显改善,首次循环即可快速大量吸氘。初始氘压为0.5MPa时,合金不易充分活化；当初始氘压高于1.0MPa时,合金仅需一次吸放氘循环即可完全活化。在相同初始氘压下,首次活化,纯V吸氘速率缓慢,而改性后的V100-xNix合金活性明显增强。当初始氘压不超过2.0MPa时,随Ni含量的增加,吸氘速率明显加快,达到吸氘平衡所需时间明显缩短；初始氘压为4.0MPa时,V100-xNix合金吸氘速率随Ni含量的增加有所下降。V100-xNix合金完全活化后,在4.0MPa的初始吸氘压力下吸氘速率和吸氘量随初始吸氘温度的升高逐渐降低,当温度超过323K时,吸氘量和吸氘速率迅速下降；当温度超过423K时,无明显吸氘现象。V100-xNix合金在室温、1.0MPa初始氘压下,当x≤2.0时,合金的饱和吸氘量与纯V相比相差无几；当x≥4.1时饱和吸氘量迅速下降,仅为理论值的50%左右,说明Ni含量过多会严重影响合金的贮氢能力。经8次吸放氘循环后,活化除气后纯V颗粒度与活化前相比明显变小,呈粉末状；而V100-xNix合金粒径有所减小,颗粒分布趋于均匀,随着Ni含量的增加颗粒变小的趋势逐渐减弱,说明向纯V中掺杂金属Ni可以提高纯V的抗粉化性能。对活化除气后的样品进行物相分析,发现x=8.3的合金结构不稳定,经过多次吸放氢循环和高温活化处理后发生了物相变化,产生了新的物相NiV3。说明Ni含量过高会影响合金固溶体的稳定性。活化除气后的样品,晶格常数随Ni含量的增加逐渐变小,而且晶格常数的变化量随Ni含量的增加逐渐变大。而x=8.3的合金晶格常数却变化不明显,可能是析出NiV3相后,固溶到V晶格中的Ni量降低, Ni含量对晶格常数影响的效应变小。被CO2毒化后,纯V恢复吸氘活性能力较差,V100-xNix合金吸氘速率和吸氘量可以快速恢复至完全活化时水平。说明Ni的添加有助于提高V的抗毒化能力。综上所述,通过Ni掺杂得到的改性金属V吸氘活性明显改善,抗粉化能力和抗C02中毒能力得到增强,可见该合金有望作为一种优良的高平衡压贮氢材料,并可调节Ni的掺杂量获得所需的贮氢性能。