[01582238]燃料电池用快淬纳米晶/非晶RE-Mg基合金的气态吸放氢动力学及机理研究

镁以及镁基合金由于具有较高的贮氢容量、较小的密度以及低廉的价格而被认为是是最具希望的贮氢材料。但其较高的吸放氢温度以及缓慢的吸放氢动力学性能限制了它的实际应用。大量的研究结果表明，促使Mg及Mg基贮氢合金非晶/纳米晶化是改善其吸放氢动力学性能、降低合金氢化物热稳定性增强吸放氢量的有效途径。该项目应用真空快淬技术制备出了一系列具有纳米晶/非晶结构的Mg₂Ni型贮氢合金，并详细研究了铸态及快淬态合金的相组成、微观结构及气态吸放氢动力学性能等，阐述了快淬工艺及元素替代对合金结构及贮氢性能的影响。项目拟探讨合金的非晶形成能力以及微观结构演化对合金气态吸放氢动力学的影响规律，为获得具有更高吸放氢性能和优良循环稳定性的新型镁基贮氢合金奠定基础。该项目的创新之处在于：将RE-Mg基合金的吸放氢动力学性能与非晶的晶化及组织结构转变联系在一起，并通过添加稀土及应用快淬技术来改善RE-Mg基非晶合金稳定性、延缓非晶晶化特性和控制晶化相的尺寸来提高合金的吸放氢动力学及循环稳定性.研究结果表明： (1)元素替换以及快淬处理可显著改变Mg₂Ni型合金的微观形貌及吸放氢动力学性能。La、Nd替代Mg以及Co、Mn替代Ni可以显著提高Mg₂Ni型合金的非晶形成能力，促进了合金内部晶体缺陷的形成，显著改善了合金的气态吸放氢性能。Cu替代Ni对合金的非晶形成能力没有影响。 (2)快淬态合金在室温下具有良好的气态吸放氢性能，元素替代及快淬显著改善了合金的吸放氢动力学性能。这主要是由于元素替换以及快淬形成的纳米晶以和非晶合金内部具有大量的晶体缺陷，这些缺陷为氢原子的扩散提供了良好的通道，从而提高了合金的吸放氢动力学性能。 (3)提高Mg₂Ni型合金的吸放氢动力学性能及循环稳定性是亟待解决的关键科学问题，提高Mg₂Ni型合金的吸放氢动力学性能是亟待解决的关键科学问题。该项目中采用快淬技术制得的合金最大吸氢容量已经达到3.5wt.％以上，且动力学性能显著提高，在10分钟之内便可达到饱和吸氢量的95％以上。 (4)该项目成功的将稀土元素应用到铸态与快淬态RE-Mg基Mg₂Ni型贮氢合金的制备过程中，有效的改善了合金内部非晶结构的稳定性、延缓非晶晶化特性和控制晶化相的尺寸来提高合金的吸放氢动力学及循环稳定性。上述研究成果为Mg2Ni型稀土镁基贮氢合金在燃料电池中的实际应用提供了切实可行的途径，对于推动新型高性能Mg-Ni系贮氢材料的研究及应用具有重要的理论与实际意义。这缩短了该类合金在氢能利用方面的实用化进程，为经济及社会的发展提供动力支持。