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《元素替代对AB5型稀土系储氢合金结构及储氢性能的影响》篇一一、引言随着对清洁能源和可再生能源的日益关注，储氢技术已成为当前研究的热点。
其中，AB5型稀土系储氢合金因其高储氢容量和良好的循环稳定性而备受关注。
然而，其性能受多种因素影响，其中元素替代是一种重要的调控手段。
本文旨在探讨元素替代对AB5型稀土系储氢合金结构及储氢性能的影响。
二、AB5型稀土系储氢合金概述AB5型稀土系储氢合金是一种重要的金属氢化物材料，主要由稀土元素（如La、Ce、Pr等）和过渡金属元素（如Ni、Co等）组成。
其具有高储氢容量、良好的循环稳定性以及较低的吸放氢平台压力等特点，被广泛应用于储氢领域。
三、元素替代的种类及方法元素替代是调控AB5型稀土系储氢合金性能的重要手段。
常见的替代元素包括其他稀土元素（如La和Ce）、过渡金属元素（如Ni和Fe）以及某些轻金属（如Li）。
这些元素通过替换原有的成分元素，达到优化储氢性能的目的。
常用的元素替代方法包括物理替代法和化学反应法。
四、元素替代对结构的影响1. 晶格参数变化：通过引入不同的元素进行替代，AB5型储氢合金的晶格参数会发生明显变化。
这主要是由于替代元素的原子半径与原元素不同，导致晶格结构发生变化。
晶格参数的变化将直接影响合金的吸放氢性能。
2. 微观结构变化：元素替代还会导致合金的微观结构发生变化，如相组成、晶粒大小等。
这些变化将进一步影响合金的储氢性能。
五、元素替代对储氢性能的影响1. 储氢容量：不同元素的替代会导致AB5型储氢合金的储氢容量发生变化。
适当的元素替代可以提高储氢容量，而过量的替代可能导致储氢容量下降。
这主要取决于替代元素的性质和含量。
2. 吸放氢动力学性能：元素替代还可以改善合金的吸放氢动力学性能，提高其反应速率和可逆性。
这有助于提高合金的实际应用价值。
3. 平台压力：元素替代还可以调节吸放氢的平台压力，使平台压力在适宜的范围内，从而满足不同的应用需求。
ab5合金固态储氢
AB5合金是目前最具有应用前景的固态储氢材料之一，它是以氢化物MgH2为基础，经过一系列的改性和掺杂改善，形成的一种高效的储氢材料。
AB5合金可储存大量的氢气，在燃料电池和氢能源等领域具有广泛的应用前景。
AB5合金的主要特点是其能够在较低的压力和温度下储存大量的氢气。
相比其他的储氢材料，AB5合金具有更高的储氢容量和更快的吸放氢速率，而且它的储氢效率非常高。
此外，AB5合金还具有良好的稳定性和再生能力，可以循环使用。
AB5合金的制备方法主要有机械合金法、化学共沉淀法和物理气相沉积法等。
其中，机械合金法是一种常见的制备方法，它需要将MgH2和储氢合金进行球磨，然后在高温高压下反应，最终得到AB5合金。
总之，AB5合金可以作为未来储氢技术的重要材料之一。
它具有高储氢容量、高吸放氢速率和高储氢效率等优点，极大地促进了氢能源的发展，为未来能源的可持续发展做出了贡献。
储氢合金的分类与基本性能储氢合金按组成元素的主要种类分为: 稀土系、钛系、锆系、镁系四大类，按主要组成元素的原子比分为:AB5 型、AB2 型、AB 型、A2B 型, 另外也可按晶态与非晶态, 粉末与薄膜进行分类。
储氢合金基本特征：二元储氢合金(或金属间化合物) 基本上是在1970 年前后相继被发现的. 这些二元储氢合金可分为AB5 型(稀土系合金,如形成LaNi5H6 )、AB2 型(Laves 相合金,如形成ZrV2H4.8 ) 、AB 型(钛系合金,如形成TiFeH1.9) 和A2B 型(镁基合金,如形成Mg2NiH4) .其中A 为氢化物稳定性元素(发热型金属) ,B 为氢化物不稳定性元素(吸热型金属) ,A 原子半径大于B 原子半径. 氢在金属和合金中比液态氢的密度高,氢能够在相对温和的条件下可逆吸放,并且伴随热的释放与吸收. 实验检测和模拟计算证明,氢主要以原子形式存在,部分带有负电荷。
1稀土系储氢合金稀土系储氢合金以LaNi5 为代表, 可用通式AB5 表示, 具有CaCu5 型六方结构。
性能：较高的吸氢能力(储氢量高达1.37 重量% ) ,较易活化,对杂质不敏感以及吸脱氢不需高温高压(当释放温度高于40℃时放氢就很迅速) 等优良特性。
应用领域：是热泵、电池、空调器等应用中的理想候选材料,有很大的应用潜力。
影响元素、改进性能的研究方法：合金吸氢后晶胞体积膨胀较大, 易粉化, 比表面随之增大, 从而增大合金氧化的机会, 使合金过早失去吸放氢能力。
这就使氢镍电池中储氢容量衰减快, 而且价格昂贵。
由于纯稀土金属价格昂贵不能满足工业生产的大量需求, 为了降低成本, 人们利用混合稀土(Mm: La、Ce、Nd、Pr)、Ca、Ti 等置换LaNi5 中的部分La, 以Co、A l、M n、Fe、Cr、Cu、Si、Sn 等置换Ni 以改善性能, 开发出多元混合稀土储氢合金。
混合稀土储氢合金材料有富铈的和富镧的, 其优点是资源丰富, 成本较低。
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)。
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。
浅析新能源汽车电池用新型镁基储氢合金的组织与性能新型的清洁能源备受业界关注，其中氢能是人们普遍认为极具应用前景的新型能源之一。
储氢合金是促使氢能大规模应用的有效途径。
在新能源汽车电池中，镁基储氢合金由于轻便、安全性好、储氢容量大和价格相对较低等优点被誉为新一代极具竞争力的储氢合金。
但是，现有的Mg2Ni 镁基储氢合金存在电化学循环稳定性不好，限制了镁基储氢合金的商业化进程，迫切需要对现有的镁基储氢合金进行改性。
鉴于此，笔者在Mg2Ni 镁基储氢合金中复合添加合金元素V和Co，采用超声振动辅助感应熔炼法制备了Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型镁基储氢合金，并进行了显微组织观察、X 射线衍射分析、吸放氢性能和电化学稳定性的测试与分析。
1 试验材料与方法采用工业级金属原料Mg、V、Ni 和Mg-10Co、Mg-5Mn 中间合金，在自制的超声振动辅助感应熔炼炉中进行Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型镁基储氢合金的制备。
熔炼温度为(705依5)℃、超声振动频率为35Hz。
制备出的合金试样，经DM2300 型能量弥散X 射线荧光分析仪测试的化学成分(质量分数，%) 为院9.047V、49.778Ni、2.614Co、0.187Mn、0.011Fe、余量Mg。
合金中添加Mn 主要起到除杂的作用。
采用PG18 型金相显微镜和EVO18 型扫描电镜进行显微组织观察曰采用D8ADVANCE 型X 射线衍射仪进行XRD 分析曰采用H-Sorb2600 型全自动PCT 储氢材料测试仪进行吸放氢性能测试，测试温度为室温曰采用CHI660E 型电化学工作站进行电化学循环稳定性测试，充电电流为120mAh/g、充电时间3 h、放电电流60 mAh/g、放电截止电位-0.4V。
2 试验结果及讨论 2.1 XRD 分析试验制备的Mg1.8V0.2Ni0.95Co0.05 新型镁基储氢合金的XRD 图谱，可看出，该合金由Mg2Ni 基体相和少量V3Ni 相组成。
