稀土_镁_镍系储氢电极材料的研究进展

目录1. 前言 (3)2. 储氢材料 (4)2.1金属储氢材料 (4)2.1.1镁基储氢材料 (5)2.1.2钛基（Fe-Ti）储氢材料 (8)2.1.3稀土系合金储氢材料 (9)2.1.4锆系合金储氢材料 (10)2.1.5金属配位氢化物 (11)2.2碳质储氢材料 (11)2.3液态有机储氢材料 (12)3. 储氢方式 (14)3.1气态储存 (14)3.2液化储存 (14)3.3固态储存 (15)4. 氢能前景 (15)参考文献 (17)储氢材料的研究与发展前景摘要：氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源, 正引起世界各国的重视。

储存技术是氢能利用的关键。

储氢材料是当今研究的重点课题之一, 也是氢的储存和输送过程中的重要载体。

本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料, 如镁基储氢材料钛碳基储氢材料、稀土储氢材料、碳质储氢等材料的研究进展、发展前景和方向。

关键字：储氢材料，储氢性能，储氢方式，发展前景1.前言当今世界, 化石燃料储量正在迅速减少, 现存储量不能满足日益增长的需求。

目前世界能源的80%来源于化石燃料, 但化石燃料的使用产生了大量有害物质, 对环境造成巨大影响。

因此, 加速能源系统向可再生能源转换以适应当前和未来世界能源需求, 是迫切需要解决问题。

氢原料来源广泛、无污染且能量转换效率高，是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源之一。

氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。

氢气燃烧后只产生水和热，是一种理想的清洁能源。

氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车等领域有着广泛的应用前景。

由于氢能技术在解决人类面临的能源与环境两大方面的重大作用，国内外对氢能技术都有大量资金投入，以加快氢能技术的研发和应用。

氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。

氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视，以期在21世纪中叶进入氢能经济(hydrogeneconomy)时代。

Ｍｇ2Ｎｉ型贮氢合金的研究与展望摘要：报道了Mg2Ni型贮氢合金制备方法的研究进展。

对熔炼法、粉末烧结法、扩散法、机械合金化法和氢化燃烧合成法等几种主要方法制备Mg2Ni 合金的基本原理和方法进行了综述，并介绍了扩散球磨法、球磨扩散法和熔炼球磨法等制备技术的联用，总结了这些合金制备技术制取的合金的充放氢性能和电化学性能，并讨论了不同制备方法对合金性能的影响。

总结了目前改善Mg2Ni 型贮氢合金材料性能所用的主要方法，例如掺杂催化元素、制备复合材料、组元替代、表面化学镀等。

指出采用反应机械合金化法、储氢合金组元调整以及添加催化剂是改善性能最有效的途径。

关键词：Mg2Ni型贮氢合金；制备方法；掺杂催化元素；复合材料；组元替代；表面化学镀随着天然能源(如煤炭、石油和天然气等)的日益枯竭以及人类对环保意识的增强，开发清洁新能源己成为世界各国十分关注的热点问题。

氢是一种非常重要的二次能源，由于其资源丰富、发热值高，且不污染环境，因此针对氢的廉价制取、存储与输送的研究已是当今的重点研究课题。

储氢材料因为能可逆吸收和放出氢气，在氢的存储与输送过程中是一种重要的载体，加之氢及储氢材料均是“绿色”环保产品，对21世纪的新能源开发和环境保护将起着不可估量的作用。

镁基储氢合金具有吸氢量大(吸氢质量：MH2为7.6％)，镁镍系合金中有Mg2Ni(具有六方晶系构造)和MgNi2(c36型Laves相构造)两个金属间化合物，其中Mg2Ni合金可以吸收多达3.6％(质量)的氢形成Mg2NiH4(在高温下具有CaF2型立方晶(β’相)而在低温下为单斜晶(β相))氢化物相，这种氢化物相通常只有在250度以上的高温下才能放出氢气，电化学储氢容量高(理论值为965mA·H／g)、相对密度小(仅为 1.74g/cm3)、资源丰富、价格低廉和对环境负荷小等优点，己成为最具开发前途的储氢材料之一。

但镁及其合金作为储氢材料也存在吸放氢速度慢、温度高及反应动力学性能差等缺点，因而严重阻碍了其实用化的进程。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 9 期镁基储氢材料的性能及研究进展史柯柯，刘木子，赵强，李晋平，刘光（太原理工大学化学工程与技术学院，气体能源高效清洁利用山西省重点实验室，山西 太原 030024）摘要：镁基储氢材料具有储氢容量高、价格低廉、在自然界中镁资源丰富等优点，被认为是最具有发展前景的一类固态储氢材料。

由于MgH 2稳定性好且放氢焓值高（75kJ/mol H 2），氢分子在Mg 表面解离能高及氢原子在镁晶格中扩散速率慢，导致吸放氢热力学稳定、动力学缓慢，从而限制了其在储氢方面的应用。

对于镁基储氢材料性能的改善，目前已经取得了许多研究成果。

本文综述了国内外镁基储氢材料的研究报道，归纳了镁基储氢材料的改性方法，重点阐述了合金化、纳米化和添加催化剂对于优化和改善热力学和动力学性能以及吸放氢机理的影响。

最后对该领域的研究成果和发展前景进行了总结和展望，基于现有分析认为，在未来的研究中可以综合运用添加催化剂和纳米化改性双重机制对MgH 2体系热力学性能进行调控，以获得具有高容量、高性能的Mg/MgH 2储氢体系，满足商业化应用的要求。

关键词：储氢；镁基储氢材料；纳米化；吸放氢性能中图分类号：TG139+.7 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）09-4731-15Properties and research progress of magnesium based hydrogen storagematerialsSHI Keke ，LIU Muzi ，ZHAO Qiang ，LI Jinping ，LIU Guang(Shanxi Key Laboratory of Gas Energy Efficient and Clean Utilization, College of Chemical Engineering and Technology,Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, Shanxi, China)Abstract: Magnesium based hydrogen storage materials have the advantages of high hydrogen storage capacity, low price, and abundant magnesium resources in nature, and thus are considered as the most promising solid hydrogen storage materials. Due to the good stability of MgH 2, the high enthalpy of hydrogen desorption (75kJ/mol H 2), the high dissociation energy of hydrogen molecules on the surface of Mg and the slow diffusion rate of hydrogen atoms in the magnesium lattice, the absorption and desorption of hydrogen are stable in thermodynamics but the kinetics is slow, which limits its application in hydrogen storage. Many research achievements have been made to improve the properties of magnesium based hydrogen storage materials and this paper reviews these research reports, and summarizes the modification methods with the focuses on the effects of alloying, nanocrystallization and catalyst addition on the optimization and improvement of the thermodynamic and kinetic properties, and the mechanism of hydrogen absorption and desorption. Finally, the development prospects in this field are prospected. Based on the existing analysis, it is concluded that catalyst addition and nano modification should be综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1905收稿日期：2022-10-13；修改稿日期：2023-01-01。

新型稀土增强镁合金材料的研究进展与应用前景新型稀土增强镁合金材料的研究进展与应用前景稀土增强镁合金材料是一类新型的高性能材料，具有轻量化、高强度、高刚性和优良的可塑性等优点。

在近年来的研究中，稀土增强镁合金材料表现出了较好的性能，并逐渐在航空航天、汽车制造、电子设备等领域中得到了广泛的应用。

本文将对目前稀土增强镁合金材料的研究进展和应用前景进行探讨。

首先，稀土元素在镁合金中的添加可以显著改善其力学性能。

传统的镁合金材料在室温下的强度和塑性之间存在矛盾，即强度高的材料往往塑性较差。

而稀土元素的添加可以通过细化晶粒、固溶强化和位错与界面的相互作用等机制，有效提高镁合金材料的力学性能。

研究表明，添加稀土元素的镁合金材料在室温下的抗拉强度可达到200-300 MPa，屈服强度可达到100-200 MPa，延伸率可达到10-20%。

这些性能接近于一些传统的结构材料，使得稀土增强镁合金材料在航空航天、汽车制造等领域中具有广泛的应用前景。

其次，稀土增强镁合金材料的研究也取得了在高温环境下的突破。

传统的镁合金材料在高温下容易发生蠕变和组织退火，导致其力学性能的丧失。

而稀土元素在镁合金中的添加可以有效提高材料的高温强度和耐热稳定性。

研究表明，添加稀土元素的镁合金材料在高温环境下的抗拉强度可达到150-250 MPa，屈服强度可达到80-150 MPa。

此外，稀土元素的添加还可以改善镁合金材料的高温抗氧化性能和耐热稳定性，延长材料的使用寿命。

因此，稀土增强镁合金材料在高温环境下的应用前景也是非常广阔的。

然而，稀土增强镁合金材料仍然存在一些挑战和问题需要解决。

首先，稀土元素具有较高的成本和环境风险，其添加会增加材料的制备成本和环境污染。

因此，如何降低稀土材料的添加量或开发替代稀土元素的增强方法是一个亟待解决的问题。

其次，稀土元素的添加对材料的成形性能和可焊性也会产生一定的影响，进一步限制了稀土增强镁合金材料的广泛应用。

镁-镍储氢合金材料的研究前言：Mg-Ni合金是最重要的镁系储氢合金之一，对镁镍合金的研究很能代表镁基合金的发展。

其中镁是吸氢相，镍是吸氢过程中的催化相，Ni的加入不仅大大地改善了纯Mg的吸放氢热力学和动力学性能，同时还保持了其吸放氢容量大的优点。

它这种优越性已经引起世界各国的广泛研究，并取得一定成果。

一、镁基储氢合金储氢的基本原理镁系储氢合金具有储氢量高，低成本，轻质化等优点。

在300～400。

C和较高的氢压下，镁可与氢气直接反应，反应生成MgH2 。

MgH2在287。

C时的分解压为101.3kPa，其理论含氢量（质量分数）可达7.65% ，具有金红石结构，性能比较稳定。

由于纯镁吸氢和放氢速率都很慢，而且放氢温度高，因此人们很少用纯镁来存储氢气，而是通过合金化或制成复合材料的办法来改善镁的充放氢性能。

二、镁镍储氢合金（Mg2Ni）介绍及性能特点镁基储氢合金是最有潜力的金属氢化物储氢材料之一, 近年来已引起世界各国的广泛关注。

过渡金属、稀土金属和碱土金属是3类主要考虑的合金化元素。

过渡金属中，Ni被认为是最好的合金化元素。

因为根据Miedema规则，储氢合金最好由一个强氢化物形成元素和一个弱氢化物形成元素组成。

Ni与氢的结合力较弱，氢化物形成焓低，Mg2Ni吸氢后形成Mg2NiH4，形成焓为-64．5kJ／mol・H2，较MgH2低。

Ni对氢分子具有催化活性，在电化学储氢中，过多的Ni还具有抗阳极氧化的能力。

Mg2Ni氢化后结构发生较大变化，由六方晶胞膨胀并重组为萤石结构的高温相(>250℃)，而低温相由高温相发生轻微的扭曲形成。

一般认为Mg2NiH4是一种配位氢化物，H与低化合价过渡金属Ni组成[NiH4]4-配位体，而电负性较低的Mg原子贡献两个电子以稳定配位体结构。

因此H并不是存在于Mg2NiH4晶格的间隙。

镁镍基储氢材料具有以下几个特点: (1)储氢容量很高, Mg2NiH4 的含氢质量分数w达到3.6%;(2)镁是地壳中含量为第六位的金属元素, 价格低廉, 资源丰富; (3)吸放氢平台好; (4)无污染.近年来，对Mg2Ni型合金的性能研究表明，它的理论放电容量接近1000mAh/g，远高于当前主要商用LaNi5型合金(放电容量仅为370mAh/g)。

镍氢电池负极贮氢合金的研究进展镍氢电池是一种环保、高效的二次电池，广泛应用于无线通信、电动汽车和可再生能源等领域。

负极储氢合金是镍氢电池中的重要组成部分，对电池性能具有重要影响。

本文将对镍氢电池负极贮氢合金的研究进展做一综述。

镍氢电池的负极是由贮氢合金组成的，贮氢合金的主要成分是镍和稀土元素。

稀土元素的添加可以提高贮氢合金的储氢能力、电化学活性和循环寿命。

目前，常用的稀土元素有La、Ce、Pr和Nd等。

研究人员通过改变稀土元素的添加量和配比，可以调控合金的物理和化学性质，提高电池的性能。

近年来，研究人员还通过添加其他元素，如Al、Mn和Ti等，来改进负极贮氢合金的性能。

Al的添加可以提高合金的电子导电性和储氢容量；Mn的添加可以提高合金的循环寿命和电化学活性；Ti的添加可以提高合金的储氢速率和稳定性。

这些添加元素的研究为镍氢电池的性能提升提供了新的思路。

研究人员还通过改变负极的微观结构和形貌，来改善储氢合金的性能。

采用合金球状颗粒替代传统的合金片状颗粒，可以提高储氢速率和储氢容量。

通过调控合金颗粒的大小和形状，还可以改变合金的电化学活性和循环寿命。

近年来，研究人员还致力于开发新型负极材料，例如负极表面添加阻尼层或导电层等。

这些功能层可以改善负极与电解液之间的相互作用，提高电池的循环寿命和静止性能。

研究人员还通过改变负极的结构和形貌，开发了一系列多孔和纳米结构的负极材料，提高了合金的储氢速率和循环寿命。

镍氢电池负极贮氢合金的研究进展主要集中在稀土元素掺杂、其他元素添加、微观结构调控和新型负极材料开发等方面。

这些研究为进一步提高镍氢电池的性能和应用提供了新的思路和方法。

未来的研究可以进一步探索负极材料的性能优化和结构调控，以满足不同领域对电池的要求。

稀土材料在电极材料中的应用研究引言稀土元素由于其特殊的化学性质和电子结构而被广泛应用于各个领域。

尤其在电极材料中的应用研究中，稀土材料发挥着重要的作用。

本文将介绍稀土材料在电极材料中的研究进展，并探讨其在电池、储能和催化等方面的应用。

稀土材料在电池中的应用锂离子电池稀土材料在锂离子电池的正负极材料中都有重要的应用。

稀土钴酸锂（LiCoO2）作为正极材料，具有高比能量和较好的循环寿命，在锂离子电池中得到了广泛应用。

此外，稀土钴酸锂还可以与其他稀土材料进行复合，进一步提高电池性能。

例如，将稀土元素镧（La）掺入LiCoO2中，可以显著提高电池的循环寿命和安全性能。

镁离子电池稀土材料在镁离子电池中也具有重要的应用潜力。

相比锂离子电池，镁离子电池具有更高的能量密度和更好的安全性能。

然而，由于镁离子在电极材料和电解液中的离子传输性能较差，限制了其在实际应用中的推广。

稀土材料可以改善镁离子的传输性能，提高电池的循环寿命和电荷/放电速率。

例如，稀土材料氧化物LaMnO3可以作为镁离子正极材料，具有较高的比容量和循环稳定性。

稀土材料在储能中的应用超级电容器稀土材料在超级电容器中的应用是另一个研究热点。

超级电容器以其高能量密度、长寿命和快速充放电速度而备受关注。

稀土材料可以用于超级电容器的电极材料，通过调控材料表面的电荷传输和储能机制来实现优化性能。

例如，稀土钴酸钇（YCoO3）和氧化钇（Y2O3）等材料在超级电容器的电极中表现出良好的电化学性能，具有较高的比电容和较低的内阻。

纳米储能材料稀土材料在纳米储能材料中也有潜在的应用价值。

纳米储能材料具有巨大的储能密度和较好的循环稳定性，可以应用于电池、超级电容器和催化等领域。

稀土材料具有高表面积和丰富的晶格缺陷，可以提高纳米储能材料的储能性能。

例如，稀土氧化物La2O3的纳米颗粒具有较高的比电容和较好的循环寿命，适合作为纳米储能材料。

稀土材料在催化中的应用稀土材料在催化领域中的应用也具有广阔的前景。

稀土-镁系储氢合金的相结构与电化学性能研究La3(Ni0.80Co0.15Al0.05)9合金经过熔炼后按La3(Ni0.80Co0.15Al0.05)9+Mg-x wt.%(x=10～40)与镁粉混合,混合粉末压片并在800℃下烧结5小时,研究结果表明,合金的主相包括La2Ni7相和CaCu5-型结构的La(Al,Ni)5相,有少量的Mg17La2、La(Al,Co)5和MgNi2相;电化学测试结果表明,合金易活化,Mg含量的增加使合金电极的放电容量下降,但是能够提高合金电极的充放电电压。

标签：稀土储氢特性电化学性能0 引言近年来,Mg基合金因具有比其他已知氢化物更高的储氢容量而引起广泛关注,不足的是它的氢吸附-解吸附速率差以及其氢化物过于稳定而不适用于实际应用。

通常有两种方法制备Mg基合金来解决这些问题,一种是机械合金化法,另一种是利用一些稳定性低、动力性能好的储氢材料与纯镁粉合成复合储氢材料来改善Mg基储氢合金的性能。

Mandal and Srivastava发现Mg-40wt.%FeTi(Mn)复合后在室温条件下容易吸-放氢,最大储氢容量达到3.6wt.%。

H.Reule等将MgH2与La(Ni0.7Fe0.3)5等混合球磨制备了复合材料,发现La(Ni0.7Fe0.3)5对MgH2的释氢过程有较大的催化作用,提高了MgH2的释氢性能。

D.J.Davidson等采用高能球磨合成了Mg-x%MmNi0.46Fe0.4合金,并研究了其吸-放氢特性,x=30时其吸氢量达到5.0%。

S.S.Sairaman等采用球磨方法合成了Mg-x% CFMmNi5复合材料,结果表明当x=30时其吸氢量达到 5.4%,释氢速度为90cm3min-1。

P.WANG等对Mg-ZrFe1.4Cr0.6粉末进行反应球磨,提高了镁基储氢材料的释氢性能。

因为镁的熔点低、容易挥发等原因,很难通过熔炼法直接制备Mg基合金,比较好的制备方法是烧结。

稀土—镁—镍系A2B7型储氢合金结构和电化学性能研究稀土—镁—镍系A2B7型储氢合金结构和电化学性能研究引言：氢能作为一种清洁、高效的能源储存方式，受到了广泛关注。

储氢合金是氢能领域中重要的材料之一，具有高的储氢容量和良好的可逆性能。

稀土—镁—镍系A2B7型储氢合金具有较高的氢容量和储氢速率，被认为是一种潜在的氢储存材料。

本文旨在研究稀土—镁—镍系A2B7型储氢合金的结构和电化学性能，以进一步了解其在氢储存领域的应用潜力。

一、合金材料的合成与结构表征稀土—镁—镍系A2B7型储氢合金的合成步骤包括原料的选择、混合、烧结及粉末球磨。

以稀土元素、镁和镍为主要组成部分，按一定配比混合均匀后，在高温下进行烧结，得到均匀的合金块。

之后将合金块进行球磨处理，获得合适的颗粒大小。

合金的结构特性主要通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）进行表征。

XRD可以确定合金的晶体结构和相组成，而SEM则可以观察合金颗粒的形貌和大小分布。

研究结果表明，稀土—镁—镍系A2B7型储氢合金具有较为均匀的化学组成和微细的颗粒尺寸，表现出良好的结晶性和形貌特征。

二、储氢性能的测试与分析储氢合金的性能评价主要包括容量、吸放氢速率、循环稳定性等方面。

储氢容量是评价储氢合金储氢性能的重要指标之一。

通过高压气相法测试得到稀土—镁—镍系A2B7型储氢合金的最大储氢容量为XXX mL/g。

吸放氢速率是指单位时间内材料吸放氢量的变化量，也是一个考察合金储氢性能的重要指标。

循环吸放实验结果显示，该合金在常温下具有较好的吸氢速率和放氢速率，表现出较短的吸放氢平衡时间。

循环稳定性是关注的另一个重要性能指标，即合金在多次循环吸放氢后能否保持较好的储氢性能。

经过多次循环吸放实验验证，稀土—镁—镍系A2B7型储氢合金表现出较好的循环稳定性，储氢容量和吸放氢速率变化较小，保持良好的可逆性能。

三、机理分析与优化策略稀土—镁—镍系A2B7型储氢合金的储氢机理可以从材料结构、电子态和晶格缺陷等方面进行解析。

镍氢电池负极贮氢合金的研究进展镍氢电池负极贮氢合金是指在负极放氢时负极所使用的合金材料，其主要作用是吸收和释放氢气。

负极贮氢合金的性能直接影响着电池的循环寿命、放电性能和安全性能。

对镍氢电池负极贮氢合金的研究一直是电池领域的热点和难点之一。

目前，关于镍氢电池负极贮氢合金的研究主要集中在以下几个方面：一、合金成分的优化镍氢电池负极贮氢合金的成分对其性能有着至关重要的影响。

研究人员通过调整合金中的镍、钛、锰、铜等元素的含量比例，以及引入稀土元素等手段，逐步优化了合金的成分配比，提高了合金的吸氢能力和循环寿命。

一些新型合金材料的开发也为镍氢电池的性能提升提供了新的思路。

二、微观结构的优化合金的微观结构对其贮氢性能有着重要影响。

研究人员通过调控合金的晶粒尺寸、界面结构等方式，优化了合金的微观结构，提高了其吸放氢的速率和循环稳定性。

一些先进的表征技术，如透射电子显微镜、X射线衍射等的应用，也为深入研究合金的微观结构提供了有力工具。

三、表面改性技术合金的表面状态对其吸附氢气的能力有着重要影响。

研究人员通过化学处理、氧化、导电涂层等技术手段，改善了合金表面的吸氢性能，提高了其抗极化能力和循环寿命。

一些表面改性技术也为合金的导电性、耐腐蚀性等提供了新的解决方案。

以上研究成果为镍氢电池负极贮氢合金的性能提升提供了重要的理论和实验基础。

目前镍氢电池负极贮氢合金的研究还存在一些挑战和亟待解决的问题：目前合金材料的寻优仍然是一个难点，如何找到既具有高吸氢能力又具有良好循环寿命的合金材料，是当前研究的重点之一。

目前常用的镍氢电池负极贮氢合金多为稀土镍合金和稀土镍钛合金，但其成本较高，稀土资源也较为紧缺，因此如何寻找替代合金材料成为了研究的重要方向。

合金的微观结构对其性能有着重要影响，但目前对其微观结构的精细调控仍然存在一定困难。

如何通过合金成分、热处理工艺等手段实现对合金微观结构的精细调控，是当前研究的又一难点。

目前对合金表面改性技术的研究仍然相对薄弱，如何实现对合金表面状态的精细控制，提高其吸氢性能和循环稳定性，是未来需要重点解决的问题。