LaMg8.52Ni2.23M0.15(M=Ni,Cu,Cr)多相储氢合金的相结构和储氢性能

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高镁含量的稀土-镁-镍基多相储氢合金因具有储氢量高、结构稳定性好、资源丰富等优点,已成为镁基储氢材料的研究热点之一,但其放氢温度和动力学性能还不能满足实际应用的需要。本文研究了不同过渡金属Cu、Cr部分替代Ni对La-Mg-Ni基多相合金储氢性能的影响,采用真空感应熔炼技术制备了LaMg8.52Ni2.23M0.15(M=Ni, Cu, Cr)储氢合金,对合金的相结构及储氢性能进行了研究;并初步探讨了吸/放氢循环对LaMg8.52Ni2.38合金储氢性能的影响。由XRD测试可知,LaMg8.52Ni2.23M0.15(M=Ni, Cu, Cr)储氢合金都是由La2Mg17相、LaMg2Ni相和Mg2Ni相组成的多相合金。SEM-EDS结果显示大部分的Cu和Cr元素分布在Mg2Ni相中。合金的吸/放氢性能测试表明,LaMg8.52Ni2.23M0.15(M=Cu, Cr)合金中Mg2Ni相在523K下的可逆储氢量分别为1.05wt.%和0.97wt.%,要高于LaMg8.52Ni2.38合金中Mg2Ni相的可逆储氢量(0.79wt.%)。Cu和Cr元素部分替代合金中的Ni元素可以降低合金氢化物的初始脱氢温度,而且温度分别降低了18.20K和5.50K。合金的放氢性能得到改善是因为添加的Cu和Cr元素有利于降低合金中Mg2NiH4相的稳定性。XRD结果表明,LaMg8.52Ni2.38多相储氢合金中的初始相La2Mg17相和LaMg2Ni相在吸氢后发生了相分解,生成了MgH2相、Mg2NiH4相和LaH3相;在放氢后合金由Mg相、Mg2Ni相和LaH2.3相组成。SEM分析显示,随着吸/放氢循环次数的增加,合金出现了明显的粉化现象,合金颗粒变小。由合金的P-C-T曲线可知,合金在第20周后的最大吸氢容量相差不大,但都高于第2周的最大吸氢容量,而且随着吸/放氢循环次数的增加,合金中Mg2Ni相的可逆储氢量有所增加。合金的DTA测试表明,随着吸/放氢循环次数的增加,合金氢化物的初始脱氢温度有所降低,这是因为合金的粉化导致合金的颗粒变小,可以缩短合金在脱氢反应中的氢扩散距离,进而改善合金氢化物的放氢性能。
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