铸态及快淬态合金Mg25-xRExNi10(RE=Pr,Y;x=0,1,3,5,7)储氢性能研究

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Mg2Ni合金在燃料电池应用方面被认为是最具有潜力的的材料之一,因为它的吸氢量比较大,可以达到3.6wt%,但是Mg2Ni合金的氢化物放氢温度高,吸放氢动力学性能较差等因素阻碍了Mg2Ni合金的商业化应用,所以本文采用稀土元素替代和快淬处理等方法来提高Mg2Ni合金的综合储氢性能。本实验合金的成分为Mg25-xRExNi10(RE=Pr, Y; x=0,1,3,5,7),首先通过中频真空冶炼技术得到铸态合金;然后将部分铸态合金重新熔化并且通过快淬技术得到快淬态合金,选择的快淬速度为15m/s。通过XRD、SEM和TEM来分析合金的相组成,表面形貌以及微观晶体结构;用DSC来测试快淬态合金的热稳定性能和合金氢化物的放氢温度,并且我们可以计算出合金在放氢过程中的活化能;用半自动PCT测试仪来测试合金的吸氢曲线和PCT曲线。铸态Mg25Ni10合金由Mg2Ni相和Mg相组成,稀土的添加引起了第二相的产生,Mg-Pr-Ni合金主要由Mg2Ni相、PrMg12相和PrNi5相组成,Pr的添加改善了合金的吸氢动力学性能,但是吸氢容量不可避免的降低,并且随着Pr含量的增加,合金氢化物的放氢温度也随之逐渐降低;合金的放氢活化能先降低后增加,当Pr含量x=5时,合金的放氢活化能最低64.24kJ/mol。铸态合金的PCT曲线包含两个平台,低压平台对应的是氢化物MgH2的生成,高压平台对应的是氢化物Mg2NiH4的生成,添加稀土Pr的Mg-Pr-Ni合金的焓变都小于Mg25Ni10合金。快淬态Mg-Pr-Ni合金出现了非晶相,说明稀土的添加有利于非晶相的产生,并且随着Pr含量的增加,合金所含的非晶相也逐渐增加,合金氢化物的放氢温度也随之降低,合金的放氢活化能先降低后增加,当Pr含量x=3时,合金的放氢活化能最低87.48kJ/mol。快淬态Mg-Pr-Ni合金在Pr含量x=1-5时,它的吸氢容量要大于铸态合金,而且吸氢速率也明显快于铸态合金。快淬态Mg-Pr-Ni合金的PCT曲线的平台压要高于铸态合金的平台压。Mg-Y-Ni铸态合金主要由Mg2Ni相和YNi3相组成,增加稀土Y含量,尽管降低了合金的吸氢总容量,但是明显改善了合金的吸氢动力学性能;合金氢化物的放氢温度降低后增加,当Y含量x=3时,合金的放氢温度最低209.07℃;合金的放氢活化能先降低后增加,当Y含量x=3时,合金的放氢活化能最低66.74kJ/mol,合金的PCT曲线包含两个平台,低压平台对应的是氢化物MgH2的生成,高压平台对应的是氢化物Mg2NiH4的生成。快淬态Mg-Y-Ni合金出现非晶相,随着Y含量的增加,合金所含的非晶相也逐渐增加,并且合金氢化物的放氢温度也随之逐渐降低,合金的放氢活化能先降低后增加,当Y含量x=1时,合金的放氢活化能最低62.29kJ/mol。尽管快淬态Mg-Y-Ni合金的吸氢速率要稍慢于铸态合金,但是吸氢量要明显大于铸态合金,快淬态Mg-Y-Ni合金的PCT曲线的平台压要高于铸态合金的平台压。
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