论文总字数：24122字

摘 要

目前储氢材料的改性方法多种多样，其中纳米化是常用的方法。虽然纳米化后的材料具有较为优异的吸放氢性能，但是颗粒在吸放氢循环过程中容易团聚，并且纳米颗粒表面容易氧化形成氧化层，造成材料储氢性能下降。本文采用氢化燃烧合成 机械球磨（HCS MM）法制备纳米镁镍储氢合金，并且用喷雾成膜工艺制备透氢抗氧聚合物PMMA纳米限域的镁镍合金粉末。结合扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和傅里叶红外光谱分析等测试方法表征材料的相成分和微观结构，采用差示扫描量热仪、气体反应控制器等测试材料的吸放氢性能。研究发现，喷雾成膜后的Mg₉₅Ni₅限域样品，颗粒尺寸下降，颗粒分散性有所提高，同时材料吸放氢性能良好。

关键词：镁基储氢材料 PMMA 纳米限域 喷雾成膜

Effect of ball-milling and spraying on the characteristics of MgH₂ particles nano-confined by polymer

Abstract

Nowadays, there are many methods to improve the properties of hydrogen storage materials, in which the nano-crystallization is a common one. Although the nano particles have better properties in hydrogen storage, they are always recrystallizated easily in the cycles of hydriding and dehydriding. In addition, the surfaces of nano particles are easily oxidized，and the oxide layers decrease the hydrogen storage capacity. In this paper, Mg-Ni hydrogen storage alloys in nano-size were prepared by Hydriding Combustion Synthesis and Mechanical Milling (HCS MM) and the nano Mg-Ni powders confined by polymer PMMA with performance of hydrogen permissive and oxygen prohibitive were obtained by spraying. Then phase composition and microstructure of samples were investigated by SEM、TEM and XRD. The hydrogen storage properties of samples were analysed by TG-DSC and GRC. The research results of the Mg95Ni5 alloys nano-confined by PMMA indicated that the particle sizes were decreased, the dispersivities were increased and the properties of hydrogen absorption and desorption were improved obviously.

Key Words：magnesium-based hydrogen storage alloys; PMMA; nanoconfined; sprayed

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 镁系储氢材料概述 1

1.2.1 镁单质储氢材料 2

1.2.2 镁基复合储氢材料 2

1.2.3 镁基合金储氢材料 3

1.3 镁基储氢合金的制备方法 4

1.3.1 熔炼法 4

1.3.2 机械合金化法 4

1.3.3 氢化燃烧合成法 5

1.4 镁镍合金储氢材料的改性方法 6

1.4.1 元素替代法 6

1.4.2 表面处理 6

1.4.3 纳米化 7

1.5 本课题的研究内容和主要工作 8

第二章 实验部分 9

2.1 实验原料及设备 9

2.1.1 原料 9

2.1.2 实验设备 9

2.2实验方法及聚合物限域储氢材料的制备 9

2.2.1 氢化燃烧合成法制备Mg₉₅Ni₅ 9

2.2.2 球磨及喷雾成膜制备聚合物限域镁基储氢材料 10

2.3聚合物限域镁基储氢材料吸放氢性能测试 10

2.4 微观结构表征 13

2.4.1 X射线衍射分析（XRD） 13

2.4.2 透射电子显微分析（TEM） 13

2.4.3 扫描电子显微镜/能谱分析（SEM/EDS） 13

2.4.4 热重-差示扫描热分析（TG-DSC） 13

2.4.5 傅立叶变换红外光谱分析（FT-IR） 13

第三章 结果与讨论 14

3.1 聚合物限域镁基储氢合金相成分 14

3.2 样品微观结构表征 15

3.3 样品储氢性能测试 18

第四章 结论 22

参考文献 23

致 谢 26

第一章 文献综述

1.1 引言

能源的变革导致人类的发展，现代社会文明的进步可以说都是在使用化石能源之后才逐渐建立起来的。但是当人们享受着现在丰富的物质与精神生活时，却发现化石燃料如煤、石油等日益短缺，并且大量使用化石能源带来的环境污染问题已经超过了人们能容忍的底线。因此，绿色新能源日益成为当今世界的研究热点。其中，氢能作为一种理想的清洁能源以特殊的性能和优点成为了当下关注的焦点，并被国内外众多专家寄予厚望。

氢与传统的传统能源相比具有无污染、可存储、储量丰富、燃烧性好、热值高以及可再生、来源广泛等优点，是一种优异的和平能源。由于可以同时满足多方面的要求，因此氢能被广泛应用是发展的必然。所以，氢能是人类未来的能源。

氢能具有庞大的市场潜力，但是由于目前没有完全解决氢存贮问题，所以氢能现在还无法普及使用。氢的储存可分为高压气态储氢、高压低温液态储氢以及固态储氢材料储氢三种^[1-2]。与前两中存储方法相比，固态储氢材料具有储氢密度大、安全性高、运输便利且易操作等特点，特别适用于在体积相对较小的情况下使用，例如在汽车储氢罐、车载燃料电池、热泵及氢传感器上使用。在过去的几十年里,固态储氢材料的研究取得了较大的进展，开发出大量有前景的新型固体储氢材料，包括金属氢化物材料、碳凝胶材料、有机化合物材料、玻璃微球材料和氢浆材料等。然而这些储氢材料都各有缺点，有的储氢量低，有的释氢温度高，有的动力学速率慢，还有的储放氢不可逆等。因此，未来储氢研究面临两大个主要挑战:一是研发储氢量高、吸放氢温度低、吸放氢性能可以控制、使用期限长且安全可靠的新型储氢材料；二是氢与储氢材料相互作用的本质及其对储放氢性能(如储氢量、热力学稳定性、及动力学性能)的影响的深入理解。

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