| 题名 | 合金元素及计量比对稀土储氢合金性能的影响研究 |
| 作者 | 李慎兰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-24 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 杨柯 |
| 关键词 | LaNi5基储氢合金 储氢性能 热力学性能 抗粉化性能 循环性能 |
| 其他题名 | Effects of Substituting Alloying Elements and Stoichiometry on Properties of Rare Earth Based Hydrogen Storage Alloys |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 能源危机和环境污染是新世纪困扰人类的两大难题，但同时也给新能源和新材料的发展带来了重大机遇。作为二次能源，氢能是二十一世纪理想的清洁能源，而储氢合金正是伴随着氢能的发展而发展起来的新能源材料。其中LaNi5基稀土储氢合金从储氢性能和工程应用上来讲，都具有非常广阔的前景。 本论文以储氚、金属氢化物热泵和氢压缩机用储氢合金为应用背景，选择LaNi5基合金作为主要研究对象，通过元素替代、成分调整和改变计量比等实验手段，运用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、激光粒度分析仪、储氢性能综合测试系统等测试手段，深入系统地研究了合金元素和计量比对LaNi5基储氢合金的晶体结构、活化、吸放氢、热力学、动力学、抗粉化和循环性能的影响，并探讨了吸放氢性能与晶体结构以及热力学之间的关系。 对LaNi3.8Al1.0Mn0.2合金退火热处理前后性能的对比研究表明，退火热处理能明显改善合金的微观结构，消除铸态合金中的晶格缺陷和晶格应力，使合金相成分和结构更加均匀，从而使PCT曲线平台更加平坦。但合金的活化孕育期增长，抗粉化能力降低。 对LaNi3.8Al1.0M0.2(M=Ni, Cu, Fe, Al, Cr, Mn)合金储氢性能的研究表明，M替代部分Ni后的合金都属于CaCu5型六方结构。在P=1700kPa、T=286K的条件下，合金活化孕育期按照Cr＜Ni＜Fe＜Mn＜Cu＜Al的顺序依次增加。M替代部分Ni都使平台压力有不同程度的降低，Al和Cu能明显改善抗粉化性能。所有合金的吸氢动力学速度都很快，40s内就可达到最大吸氢量的90%；但达到最大放氢量的90%所需要时间则按照Ni＜Cu＜Fe＜Al＜Cr＜Mn的顺序依次增长。 对LaNi3.8Al1.2-xMnx(x=0.2, 0.4, 0.6)合金储氢性能的研究表明，随着Mn含量的增加，晶胞参数a减小，c增加，晶胞体积V线性减小，活化孕育期缩短。合金表面氧化层对活化孕育期有明显影响，但对快速反应期几乎没有影响。随着Mn含量的增加，吸放氢平台压力升高，储氢容量增大。吸放氢平台压力随着晶胞参数a的减小而线性升高；储氢容量则随着晶轴比c/a的增加线性增大。 对La(Ni3.8Al1.0Mn0.2)x(x=1.0, 0.98, 0.96, 0.94)合金的储氢性能研究表明，其主相晶体结构都属于CaCu5型六方结构，但非计量比合金中都出现了少量的第二相，其数量在x=0.96时达到最大值。晶胞参数a、c和V随着x的降低而减小，并在x=0.96时达到最小值。在P=1700kPa、T=286K的条件下，活化孕育期随x的降低先增大后减小。此外，随x值的减小，平台压力先增大后减小，储氢容量则先减小后增大。计量比x的变化对吸氢动力学性能影响不大，但能明显改善放氢动力学和抗粉化性能。合金的吸放氢平台斜率大小受晶格畸变程度的影响，晶格畸变越小，合金吸放氢平台越平坦。 对LaNi3.8Al1.2-xMnx和La(Ni3.8Al1.0Mn0.2)x合金的吸放氢循环性能的研究表明，Mn代替Al以及A侧过计量能够明显改善合金的吸放氢循环稳定性，经过300次吸放氢循环后，储氢容量几乎没有衰减，其衍射峰宽化程度很小，但合金颗粒都发生了不同程度的进一步粉化。 对La0.6Nd0.4Ni4.8Mn0.2M0.1(M=Cu、Zr)合金储氢性能的研究表明，添加Cu使平台压力略有增加，可有效改善合金的平台斜率，减轻滞后，吸氢动力学性能略有提高，但储氢容量稍有下降。添加Zr能够明显降低平台压力，有效改善动力学性能和抗粉化性能，但滞后因子略有增加，储氢容量有所降低。 对La0.6Nd0.4Ni4.8Mn0.2Cux(x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)合金的晶体结构、热力学和储氢性能之间关系的研究表明，随着Cu含量的增加，晶胞参数a减小，c增大，晶胞体积先增大后减小。吸放氢平台压力随着晶胞参数a的增加而线性降低，储氢容量随着Cu含量的增加而下降。此外还建立了Cu含量x与平台压力和温度之间以及热力学参数 与Seitz半径 之间的关系。 对MmNi4.5Cr0.5-xZrx(x=0, 0.05, 0.1)合金储氢性能的研究表明，随Zr含量的增加，当x≤0.05时，其吸氢平台压力升高；当x=0.1时，其吸氢平台压力又显著降低。放氢平台压力随着晶胞参数a和V的增大而线性升高。Zr替代部分Cr，使吸氢动力学性能得到改善，滞后因子明显减轻，但储氢容量明显减少。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 148 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17273]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李慎兰. 合金元素及计量比对稀土储氢合金性能的影响研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
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