镁镍储氢合金

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。

镁基储氢合金材料的性能及研究进展吴睿;陈用娇;周礼玮;韦小凤【摘要】由于资源丰富，储氢容量较高，价格低廉，应用前景广阔等特点，镁基储氢合金材料成为近年来研究的热点，然而其稳定的热力学性和缓慢的动力学性限制了它的应用，因而对镁基储氢合金材料的改性日益成为了镁基储氢合金发展的重要方向，文章对镁基储氢合金材料的性能及改性方法进行了综述，并对其发展趋势进行了展望。

%With high hydrogen storage capacity, rich in resources, low price and broad prospect of application, the Mg-based Hydrogen Storage alloy materials are becoming focus of study. However, the stable thermo-dynamics and the slow dynamics limited its application. And thus, the Modification of Mg-based hydrogen storage alloys became an important development direction. The properties and research progress of Mg-based hydrogen storage alloys were summarized in this paper, and modification methods were summarized. And its development trend was also prospected.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2016(018)007【总页数】4页(P49-52)【关键词】储氢合金;镁基储氢合金;改性;氢能;研究进展【作者】吴睿;陈用娇;周礼玮;韦小凤【作者单位】广西科技经济开发中心，广西南宁 530022;广西丽图科技有限责任公司，广西南宁 530022;广西科技经济开发中心，广西南宁 530022;广西科技经济开发中心，广西南宁 530022【正文语种】中文【中图分类】TG14随着世界人口的急速增长以及经济全球化的发展，能源危机和环境污染问题的日益严峻，发展清洁的可再生能源成为了各国研究者研究的焦点。

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开展。

其中镁是吸氢相，镍是吸氢过程中的催化相，Ni的参加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根本原理镁系储氢合金具有储氢量高，低本钱，轻质化等优点。

在300～400。

C和较高的氢压下，镁可与氢气直接反响，反响生成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% ，具有金红石构造，性能比拟稳定。

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方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规那么，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氢化后构造发生较大变化，由六方晶胞膨胀并重组为萤石构造的高温相(>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原子奉献两个电子以稳定配位体构造。

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到达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型合金的性能研究说明，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)。

镁系储氢合金的综述摘要：镁是地壳中含量丰富的元素之一，居第8位，约占地壳质量的2．35 。

镁的储氢量大，其理论储氢容量可以达到7．6 ，被认为是最有前景的储氢合金。

本文就镁系储氢合金的工艺，性能，应用，发展趋势等做简单的介绍。

关键字：镁系储氢合金工艺性能应用发展趋势前言：人类历史的发展伴随着能源的不断发展．人类社会经历了薪柴、煤炭和石油3个能源阶段后，面临着一个严峻的挑战．一方面煤炭、石油等化石燃料的长期大量消耗，其资源逐渐枯竭；另一方面化石燃料的大量使用造成了全球环境的严重污染．氢能正是基于能源持续发展和环境保护的要求而发展起来的理想清洁能源．氢来源丰富广泛，且燃烧能量密度值高，燃烧后生成水，具有零污染的特点，因此对氢能源的开发利用已成为世界性的重要课题．氢能体系的主要技术环节包括氢的生产、储存、输送和使用等，其中氢气的储存是最关键的环节之一．传统的液化储氢、高压储氢方法效率低，对储存容器条件要求比较苛刻．因此人们开发了金属、非金属以及有机液体等储氢材料．现阶段研究、开发得最多的是金属氢化物．目前所开发和研究的金属储氢材料可大致分为稀土系(LaNi )、钛系(FeTi)、锆系(ZrMn)和镁系(Mg Ni)等，其中，镁基储氢合金受到了世界各国的广泛重视，这是因为金属镁作为一种储氢材料具有一系列优点：1)资源丰富，价格低廉．镁是地壳中含量最丰富的元素之一，居第8位，约占地壳的2．35％；2)密度小，仅为1．74 g·cm～；3)储氢量高，镁的理论储氢量7．6％(质量百分数，下同)，Mg Ni的储氢量为3．6％．但是镁基储氢材料也存在一些缺点，主要表现为吸放氢速度慢，反应动力学性能差，放氢温度较高，以及循环寿命差等。

1. 镁基储氢材料体系最早开始研究镁基储氢材料的是美国布鲁克一海文国家实验室，Reilly和Wiswall⋯在1968年首先以镁和镍混合熔炼而成Mg Ni合金．后来随着机械合金化制备方法的出现，揭开了大规模研究镁基储氢材料的序幕．据不完全统计，到目前为止人们研究了近1 000多种重要的镁基储氢材料，几乎包括了元素周期表中所有稳定金属元素和一些放射性元素与镁组成的储氢材料．通过研究，发现这些镁基储氢材料可以分为单质镁储氢材料、镁基储氢合金和镁基储氢复合材料三大类．1．1 单质镁储氢材料镁可直接与氢反应，在300～400℃和较高的氢压下，反应生成MgH ：Mg+H2= MgH2，△H =一74．6 kJ／mo1．MgH 理论氢含量可达7．6％，具有金红石结构，性能较稳定，在287℃时的分解压为101．3 kPa．因为纯镁的吸放氢反应动力学性能差，吸放氢温度高，所以纯镁很少被用来储存氢气．随着材料合成手段的不断发展，特别是机械合金化制备工艺的日益成熟。

储氢材料镁镍合金Mg_2NiH_4氢化燃烧合成反应机理【作者】：李泉【机构】：南京工业大学材料科学与工程学院南京210009【关键词】：储氢材料;;镁镍合金;;燃烧合成【摘要】：采用氢化燃烧合成法可以直接从金属镁、镍混合粉末压坯制备储氢材料镁镍合金Mg2 NiH4 ,与传统的熔炼浇铸+氢化激活工艺比较,在省能、省时和设备简单等方面具有显著的优越性。

本文着重介绍了储氢材料镁镍合金氢化燃烧合成工艺及其反应机理的DSC和XRD研究结果。

【全文】：1前言镁镍合金(Ｍｇ2Ｎｉ)作为储氢合金中的一种,被认为是最具有应用开发价值的储氢材料。

因为镁镍合金相对于其它几种储氢合金,如ＴｉＦｅ和ＬａＮｉ5等,具有许多优点,如重量轻、储氢密度高(质量分数)、镁资源丰富、环境污染影响小等。

镁镍合金的储氢能力,理论上可以达到合金自身重量的3 6%[1]。

但是常规的储氢材料镁镍合金的生产工艺比较复杂,需要两个过程,首先是镁镍合金的制备———采用熔炼浇铸(ＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＩｎｇｏｔＰｒｏｃｅｓｓ)工艺,然后是氢化镁镍合金(Ｍｇ2ＮｉＨ4)的制备———铸造体的粉碎和氢化激活工艺[2]。

由于镁的熔点较低(923Ｋ),镍的熔点较高(1728Ｋ),在熔炼浇铸过程中镁不可避免地产生蒸发损失,使得摩尔配比偏离设计,因此,需要根据对合金铸锭进行化学分析,添加适量金属镁后将铸锭再次熔化。

为了得到活化的储氢合金,需要在将铸锭粉碎后进行循环激活处理。

关于镁镍合金制备新工艺的研究开始于90年代中期。

1995年日本东北大学八木研究小组首次提出关于镁镍合金(Ｍｇ2Ｎｉ)的燃烧合成(固相反应合成)[3]方法。

他们采用了燃烧合成方法中的热爆技术,将金属镁和镍的混合压坯加热到850Ｋ左右,得到了合成产物镁镍合金Ｍｇ2Ｎｉ[4]。

1997年八木研究小组又提出了氢化镁镍合金(Ｍｇ2ＮｉＨ4)的合成氢化一步法制备(氢化燃烧合成)新工艺[5]。

他们将上述镁镍合金的固相反应置于高压氢气气氛中进行,其结果表明,由于固相反应生成物组织疏松,表面洁净,反应活性高,因此其氢化反应要比传统制备工艺容易得多。

256馘拽鲁穰2008年8月第22卷专辑Ⅺ新型含镁储氢电极合金的研究进展*刘燕芳，朱云峰，李李泉(南京工业大学材料科学与工程学院，南京210009)摘要重点介绍了能改善含镁储氢电极合金电化学性能的方法：元素取代、与其它材料组成复合材料等；特别介绍了一种制备镁基储氢电极合金的新工艺，即采用氢化燃烧合成与机械球磨复合制备工艺。

结合这些方法综述了新型舍镁储氢电极合金的研究进展。

关键词含镁储氢电极合金放电容量循环稳定性元素取代复合材料R e s ear c h Pr ogr e ss i n N ew—t ype H ydr ogen St or age E l e ct r odeA l l oys C ont ai ni ng M a gnes i umL I U Y anf ang，Z H U Y unf eng，LI L i quan(Col l ege of M at er i a l s S c i e nce a nd Engi nee ri ng，N a nj i ng U ni ve r si t y O f Tech nol og y，N am i ng210009)A bs t ract I n t his pape r，s om e m et h ods w hi ch c a n i m pr o ve t he el e ct r oc hem i c al pr ope r t i es of hydr ogen st o r ageel ect r ode al l oys co nt ai ni n g M g ar e i nt r oduc ed，i ncl udi ng el em e nt s subst i t ut i on，c om bi na t i on w i t h ot h er s t o f o r m cor n-pos i t es and SO on．Anov el t ec hnol ogy，na m e l y hydr i di ng c om bus t i on synt h esi s pl us m e chani ca l m i l l i n g，i s i nt r oduce d especi al l y f or t he pr epa r at i on i n M g-b as ed hy dr o gen st or age el ect r ode al l oys．And t he r e sear c h pr og r es s i n new-t yp e hy—drogen st or age el e ct r ode al l oys co nt a i ni n g M g i s r evi ew ed．K ey w or ds hydr ogen st or age el e ct r ode al l oys con t ai ni ng M g，di sc har ge capac i t y，cy cl i c st ab i l i t y，el em e nt s subst i t ut i on，com pos i t e s0引言1元素取代近年来，储氢合金作为镍氢(N i—M H)电池的负极材料受到广泛重视和应用。

第14卷第6期2023年12月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.6Dec. 2023氢化物对Mg 2Ni 基合金储氢性能的影响刘力*1， 杨天辉1， 周曦2， 孟冉浩2（1.济源职业技术学院，河南 济源 459000； 2.郑州大学， 郑州 450001）摘要：采用机械球磨法制备了纯Mg 2Ni 合金和加入添加剂的Mg 2Ni+10%（质量比，下同）TiH 2、Mg 2Ni+10% NbH 储氢合金，研究了添加剂TiH 2或NbH 对Mg 2Ni 储氢合金物相组成、显微形貌和储氢性能的影响。

结果表明，相较于纯Mg 2Ni 储氢合金，充分吸氢/放氢后，添加了10% TiH 2或10% NbH 的储氢合金的Mg 2NiH 4/Mg 2Ni 相晶胞体积均不同程度地减小；机械球磨后，TiH 2在储氢合金中均匀分布，NbH 存在一定程度团聚。

添加10% TiH 2或10% NbH 的Mg 2Ni 储氢合金的吸氢平台和放氢平台都高于纯Mg 2Ni 合金，放氢反应过程中的焓变和熵变都小于纯Mg 2Ni 合金。

在相同时间内，储氢合金的放氢容量从大到小的顺序为：Mg 2Ni+10% TiH 2>Mg 2Ni+10%NbH>纯Mg 2Ni 合金，并且温度为573 K 时，储氢合金达到最大放氢容量所需时间从小到大的顺序为：Mg 2Ni+10% TiH 2<Mg 2Ni+10%NbH<纯Mg 2Ni 合金。

加入TiH 2或NbH 会增加储氢合金的反应速率，并且TiH 2对氢扩散性能的改善效果优于NbH 。

关键词：氢化物；储氢合金；物相组成；显微形貌；储氢性能中图分类号：TM912；U463 文献标志码：AEffect of hydride on the hydrogen storage performance ofMg 2Ni based alloysLIU Li *1, YANG Tianhui 1, ZHOU Xi 2, MENG Ranhao 2（1. Jiyuan Vocational and Technical College ， Jiyuan 459000， Henan ， China ； 2. Zhengzhou University ， Zhengzhou 450001， China ）Abstract: Pure Mg 2Ni, Mg 2Ni with TiH 2 of 10% and Mg 2Ni with NbH of 10% hydrogen storage alloys were prepared by mechanical ball milling, respectively. The effects of additives (TiH 2, NbH) on the phase composition, microstructure and hydrogen storage properties of Mg 2Ni hydrogen storage alloys were studied. The results showed that the unit cell volume of the Mg 2NiH 4/Mg 2Ni phase of hydrogen storage alloys added with 10% TiH 2 or NbH, decreased to varying degrees, after sufficient hydrogen absorption/desorption, compared with pure Mg 2Ni hydrogen storage alloy. TiH 2 was uniformly distributed in the hydrogen storage alloys after mechanical ball milling, while NbH was agglomerated to a certain extent. The hydrogen absorption and desorption platforms of the hydrogen storage alloys with the addition of 10% TiH 2 or NbH were higher, and the enthalpy change and entropy change in the process of hydrogen evolution reaction were smaller than that of pure Mg 2Ni alloy. In the same amount of time, hydrogen evolution capacity of hydrogen storage alloys was listed in order from the largest to the smallest: Mg 2Ni + 10% TiH 2>Mg 2Ni + 10% NbH>pure Mg 2Ni alloy. When the temperature was 573 K, the time required for the hydrogen storage alloy to reach the maximum hydrogen release capacity in order from least to most was Mg 2Ni +收稿日期：2022-10-17；修回日期：2023-01-02基金项目：河南省科技攻关计划项目（2102210237）通信作者：刘力（1986‒　），讲师，主要从事汽车电池材料方面的研究。

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。