文 献 综 述

1.引言

氢燃料电池汽车商业化正面临氢储存技术的巨大挑战，迫切需要研发实用型储氢材料。世界各地高度重视储氢材料的发展，我国也高度重视储氢技术的发展，在”863”高新技术发展规划和”973”计划中，都将储氢料作为重点研究项目，国务院公布的”国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)”也将高容量储氢材料技术确定为”前沿技术”。

理想的储氢金属合金要具有以下特征：(1)储氢量大，能量密度较高；(2)放氢的温度低，放氢时放出的热量小；(3)氢化物的生成热小；(4)吸氢和放氢的反应速度快；(5) 成本低、质量轻；(6)使用的寿命长；(7)化学稳定性较好，对O₂、 H₂O 和 CO 等杂质呈惰性状态。综观目前所有研究的储氢材料及相关储氢技术，包括高压储氢、物理吸附储氢以及化学储氢等，到目前为止，尚未有任何一种储氢材料或者技术能够完全满足这些性能指标。很明确的是只有轻量化的储氢材料才能满足美国能源部的终极目标。因此，能胜任的候选主要由化学元素周期表中前列的轻质元素(前十三个元素)的储氢材料组成，例如，Li、B、C、N、Na、Mg和Al。除了这些具有物理吸附性的材料，最普遍且重点研究的轻量化的材料是金属氢化物和复合氢化物(MgH₂、NaAlH₄、LiBH₄、NH₃BH₃和LiNH₂)。

镁基储氢材料由于其具有储氢容量高(MgH₂的储氢量达7.6 wt.%)、资源丰富、质量轻及对环境污染小等优点被认为是一种具有发展潜力的储氢材料。然而，镁基储氢材料存在吸放氢动力学性能差(通常吸放氢温度大于 523K)等缺点，阻碍其实用化进程。所以我们要采取一系列方法改善其储氢性能。采用氢化燃烧合成(HCS)与机械球磨(MM)复合制备技术(HCS MM)，大大改善了镁基储氢材料的性能。

2.镁基储氢合金概述

为了克服其脱氢温度高(gt;573 K)和动力学缓慢的缺点,研究人员采用了纳米化、添加催化剂、制备纳米复合材料、表面改性和合金化等多种手段,这些方法对改善镁的动力学性能效果显著,但MgH₂的脱氢温度一直受到高形成焓(-74kJ/mol#183;H₂) 的限制。通过调整储氢合金的成分和结构,合金化有可能降低MgH₂的形成焓和改善其动力学性能。

储氢合金的来源非常广泛,而且可以通过合金化调制金属间化合物的成分和结构,在合金化机理的指导下进行合金成分和相结构的优化,完全有可能获得高性能的储氢合金。Rodewald等总结了RE-T-Mg体系的170种不同结构类型的三元金属间化合物包括Mg₂Ni系合金、RE-Mg-Ni合金以及Mg-RE系合金等。

3.氢化燃烧合成复合机械球磨制备技术

氢化燃烧合成法（HCS法）是在Mg2Ni 合金燃烧合成法的基础上发展起来的镁基储氢合金制备新方法，在镁基储氢合金开发中具有重要的应用价值和潜力。考虑到HCS和MM的显著优势，采用 HCS 与 MM 技术相结合即HCS MM的方法制备镁基储氢材料。将氢化燃烧合成产物进行机械球磨，结果发现只需短时间球磨便可产生更多的缺陷和更小的颗粒。研究结果表明，通过机械球磨可以显著提高HCS产物的低温氢化性能，同时，氢化物的稳定性也有所降低，对应于更低的脱氢温度。该方法既可以发挥HCS优势，规模化制备镁基储氢材料，又可以避免MM长时间球磨对合金体系污染等缺点。