贮氢合金第三章课件

第三章贮氢合金及其制备成为贮氢合金的条件对贮氢合金的要求贮氢合金的分类贮氢合金的制备贮氢合金的用途/14:07:2112:24:14第三章贮氢合金及其制备成为贮氢合金的条件/14:07:211一）成为贮氢合金的条件/14:07:2112:24:14一）成为贮氢合金的条件/14:07:2101:41:032吸氢量大，释放量也大。用于贮氢时生成热尽量小，蓄热时生成量尽量大。平衡氢压适当，室温下为几个大气压，便于贮放氢。二）对贮氢合金的要求/14:07:2112:24:14吸氢量大，释放量也大。二）对贮氢合金的要求/14:07:213吸氢、释氢速度快。吸氢、释氢时平衡压差（滞后）小。反复吸氢、释氢时粉化倾向小，贮氢性能稳定。化学性质稳定，贮存和运输时性能可靠、安全、无害。价格便宜。/14:07:2112:24:14吸氢、释氢速度快。吸氢、释氢时平衡压差（滞后）小。/14:04三）贮氢合金的分类/14:07:2112:24:14三）贮氢合金的分类/14:07:2101:41:0451968年Reilly等首次发现贮氢合金其后三个发展阶段（1）LaNi5

的AB5型合金（2）Laves相结构的AB2

型合金（3）镁基合金和钒固溶体型合金镁基贮氢合金

吸氢量大MH2为7.6%,M2NiH4为3.6%

资源丰富价格低廉对环境污染小

最有前途/14:07:2112:24:141968年其后三个发展阶段（1）LaNi5的AB56稀土系贮氢合金SEM形貌/14:07:2112:24:14稀土系贮氢合金SEM形貌/14:07:2101:41:057四）贮氢合金的制备制备方法对贮氢合金的性能有很大的影响成分确定,制备工艺决定贮氢合金电化学性能制造方法合金组织特征方法特征电弧熔炼法接近平衡相，偏析少适于实验、少量生产高频感应加热法缓冷时发生宏观偏析价廉，适于大量生产熔体急冷法非平衡、非晶相、微晶粒柱状组织，偏析少容易粉碎气体雾化法非平衡、非晶相、微晶粒等轴组织，偏析少球状粉末，无需粉碎机械合金法纳米晶结构、非晶相、非平衡相粉末原料，低温处理还原扩散法热扩散不充分时，组成不均匀不需粉碎，成本低/14:07:2112:24:14四）贮氢合金的制备制备方法对贮氢合金的性能有很大的影响制造8制备方法以镁基贮氢合金为例方法一熔炼法特点：1968年美国布鲁克-海文实验室Mg2Ni合金设备简单、产率高、易于产业化炼制的合金活化困难、电化学、贮氢性能差原料镁易挥发，需做保护熔炼流程图/14:07:2112:24:14制备方法以镁基贮氢合金为例方法一熔炼法特点：设备简单、9方法二粉末烧结法原理：超细粉末粒度变细，粉末表面曲率变大，表面能高，表面张力向颗粒内部压力增大，使超细粉末的物理性能改变，熔点下降，降低了烧结温度，制备出大块贮氢合金。（基于粉末冶金技术）优点：直接压制成合金电极，工艺简单，成本较低。缺点：烧结式的电极孔率低，难以提高比容量，越来越不能满足要求。实例：

贮氢合金粉末

加压成型

真空烧结1h（800~900℃）

冷却过程中通入氢气制成金属氢化物电极/14:07:2112:24:14方法二粉末烧结法原理：超细粉末粒度变细，粉末表面曲率变10方法三扩散法（球磨扩散、置换扩散）球磨扩散高温固相扩散，扩散之前，Ar气保护机械球磨获得粒度小、混合均匀的金属粉末适于熔炼相差比较大的金属元素合成合金。按照设定合金的组成原子比例将原料金属粉末充分球磨30~120min，在一定压力下压成圆形小片，放入退火炉，氩气保护恒温一定时间，使合金粉末组元在固态下相互扩散制得合金。流程简介/14:07:2112:24:14方法三扩散法（球磨扩散、置换扩散）球磨扩散高温固相扩散，11优点：条件温和，不需高温，简单方便，易于操作、合金组成易控制不足：解吸温度偏高/14:07:2112:24:14优点：条件温和，不需高温，简单方便，易于操作、合金组成易控制12置换扩散南开大学申泮文院士利用Mg的化学活泼性方法简介：将无水NiCl2、CuCl2或CuCl溶解在有机溶液如二甲基甲酰胺中，用过量镁粉置换，镍和铜平稳的沉积在镁上，将所得产物在保护性气氛500~600℃进行热扩散使合金均匀化即得到Mg基合金。/14:07:2112:24:14置换扩散南开大学申泮文院士利用Mg的化学活泼性方法简介：/13优点：制备合金成分均匀、活性较高、易加氢活化、吸放氢速度加快，氢化物热分解温度明显降低，吸放氢性能良好不足：工艺复杂，操作繁琐，适应范围较窄，合成的合金吸放氢温度达不到Ni-MH电池负极材料的要求。/14:07:2112:24:14优点：制备合金成分均匀、活性较高、易加氢活化、吸放氢速度加快14五）贮氢合金的用途/14:07:2112:24:14五）贮氢合金的用途/14:07:2101:41:0915/14:07:2112:24:14/14:07:2101:41:0916/14:07:2112:24:14/14:07:2101:41:0917/14:07:2112:24:14/14:07:2101:41:1018/14:07:2112:24:14/14:07:2101:41:1019/14:07:2112:24:14/14:07:2101:41:1020/14:07:2112:24:14/14:07:2101:41:1021/14:07:2112:24:14/14:07:2101:41:1022第三章贮氢合金及其制备成为贮氢合金的条件对贮氢合金的要求贮氢合金的分类贮氢合金的制备贮氢合金的用途/14:07:2112:24:14第三章贮氢合金及其制备成为贮氢合金的条件/14:07:2123一）成为贮氢合金的条件/14:07:2112:24:14一）成为贮氢合金的条件/14:07:2101:41:0324吸氢量大，释放量也大。用于贮氢时生成热尽量小，蓄热时生成量尽量大。平衡氢压适当，室温下为几个大气压，便于贮放氢。二）对贮氢合金的要求/14:07:2112:24:14吸氢量大，释放量也大。二）对贮氢合金的要求/14:07:2125吸氢、释氢速度快。吸氢、释氢时平衡压差（滞后）小。反复吸氢、释氢时粉化倾向小，贮氢性能稳定。化学性质稳定，贮存和运输时性能可靠、安全、无害。价格便宜。/14:07:2112:24:14吸氢、释氢速度快。吸氢、释氢时平衡压差（滞后）小。/14:026三）贮氢合金的分类/14:07:2112:24:14三）贮氢合金的分类/14:07:2101:41:04271968年Reilly等首次发现贮氢合金其后三个发展阶段（1）LaNi5

的AB5型合金（2）Laves相结构的AB2

型合金（3）镁基合金和钒固溶体型合金镁基贮氢合金

吸氢量大MH2为7.6%,M2NiH4为3.6%

资源丰富价格低廉对环境污染小

最有前途/14:07:2112:24:141968年其后三个发展阶段（1）LaNi5的AB528稀土系贮氢合金SEM形貌/14:07:2112:24:14稀土系贮氢合金SEM形貌/14:07:2101:41:0529四）贮氢合金的制备制备方法对贮氢合金的性能有很大的影响成分确定,制备工艺决定贮氢合金电化学性能制造方法合金组织特征方法特征电弧熔炼法接近平衡相，偏析少适于实验、少量生产高频感应加热法缓冷时发生宏观偏析价廉，适于大量生产熔体急冷法非平衡、非晶相、微晶粒柱状组织，偏析少容易粉碎气体雾化法非平衡、非晶相、微晶粒等轴组织，偏析少球状粉末，无需粉碎机械合金法纳米晶结构、非晶相、非平衡相粉末原料，低温处理还原扩散法热扩散不充分时，组成不均匀不需粉碎，成本低/14:07:2112:24:14四）贮氢合金的制备制备方法对贮氢合金的性能有很大的影响制造30制备方法以镁基贮氢合金为例方法一熔炼法特点：1968年美国布鲁克-海文实验室Mg2Ni合金设备简单、产率高、易于产业化炼制的合金活化困难、电化学、贮氢性能差原料镁易挥发，需做保护熔炼流程图/14:07:2112:24:14制备方法以镁基贮氢合金为例方法一熔炼法特点：设备简单、31方法二粉末烧结法原理：超细粉末粒度变细，粉末表面曲率变大，表面能高，表面张力向颗粒内部压力增大，使超细粉末的物理性能改变，熔点下降，降低了烧结温度，制备出大块贮氢合金。（基于粉末冶金技术）优点：直接压制成合金电极，工艺简单，成本较低。缺点：烧结式的电极孔率低，难以提高比容量，越来越不能满足要求。实例：

贮氢合金粉末

加压成型

真空烧结1h（800~900℃）

冷却过程中通入氢气制成金属氢化物电极/14:07:2112:24:14方法二粉末烧结法原理：超细粉末粒度变细，粉末表面曲率变32方法三扩散法（球磨扩散、置换扩散）球磨扩散高温固相扩散，扩散之前，Ar气保护机械球磨获得粒度小、混合均匀的金属粉末适于熔炼相差比较大的金属元素合成合金。按照设定合金的组成原子比例将原料金属粉末充分球磨30~120min，在一定压力下压成圆形小片，放入退火炉，氩气保护恒温一定时间，使合金粉末组元在固态下相互扩散制得合金。流程简介/14:07:2112:24:14方法三扩散法（球磨扩散、置换扩散）球磨扩散高温固相扩散，33优点：条件温和，不需高温，简单方便，易于操作、合金组成易控制不足：解吸温度偏高/14:07:2112:24:14优点：条件温和，不需高温，简单方便，易于操作、合金组成易控制34置换扩散南开大学申泮文院士利用Mg的化学活泼性方法简介：将无水NiCl2、CuCl2或CuCl溶解在有机溶液如二甲基甲酰胺中，用过量镁粉置换，镍和铜平稳的沉积在镁上，将所得产物在保护性气氛500~600℃进行热扩散使合金均匀化即得到Mg基合金。/14:07:2112:24:14置换扩散南开大学申泮文院士利用Mg的化学活泼性方法简介：/35优点：制备合金成分均匀、活性较高、易加氢活化、吸放氢速度加快，氢化物热分解温度明显降低，吸放氢性能良好不足：工艺复杂，操作繁琐，适应范围较窄，合成的合金吸放氢温度达不到Ni-MH电池负极材料的要求。/14:07:2112:24:14优点：制备合金成分均匀、活性较高、易加氢活化、吸放氢速度加快36五）贮氢合金的用途/14:07:2112:24:14五）贮氢合金的用途/14:07:2101:41:0937/14:07:2112:24:1