【《储氢合金发展研究国内外文献综述》2400字】

储氢合金发展研究国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u5750储氢合金发展研究国内外文献综述 1170721.1储氢合金气-固吸放氢原理 111831.2储氢合金材料的基本要素和分类 3219361.3AB5型储氢合金 376311.4AB2型储氢合金 3214201.5AB型储氢合金 417531.6A2B型储氢合金 412468参考文献 41.1储氢合金气-固吸放氢原理储氢合金是由A、B两侧元素构成，其中A侧为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素，B侧吸氢量小或根本不吸氢的元素。前者控制储氢量大小，后者控制着吸放氢的可逆性，调节吸氢过程中生成热和分解压。在一定的温度和压力条件下，氢分子在合金(或金属)中先分解成单个的原子，并与合金进行化学反应生成金属固溶体MXx以及金属氢化物MHy,，同时释放出大量热量。此反应分3步进行[36]：(1)吸氢过程的初期。储氢合金先吸收少量的氢形成α型固溶体MHx，合金原有结构保持不变，固溶体的溶解度()正比于平衡氢压的平方根()，即∝[H]M（1-6）(2)吸氢过程的初期。金属固溶体MHx与进一步与氢反应，发生相变，生成金属氢化物MHy(β相)，反应如下式所示。该反应为一个可逆反应，正向反应时吸氢，该过程放热、压力减小；为放热反应；逆反应时放氢，该过程吸热、压力增大。因此可以通过改变温度和压力，使反应正向或逆向进行，从而实现氢的储存与释放。2y−xMHx+H22y−xMHy式中，x，y分别表示金属固溶体中氢的平衡浓度和合金氢化物中氢的浓度，一般y≥x，ΔH为反应生成热。如果温度一定，根据Gibbs相律，其自由度为1，反应将在一定压力条件下进行，该压力即为平台压力(Peq)。储氢合金储氢就是靠其与氢发生化学反应并生成金属氢化物（如图1.2所示）。(3)继续提高氢压，金属中H的含量略有增加。如图1.3中所示，金属-氢系统的相平衡图可由压力(p)-组成(c)等温线，即PCT曲线表示。以温度T1为例，贮氢合金由0点开始吸氢形成氢的间隙α相固溶体，氢化反应自A点开始。A点以后，氢气反应开始，此时合金中氢浓度显著提高而氢压几乎保持恒定，至B点氢化反应结束，生成β相金属氢化物，图中AB段为α相和β相共存区。继续增加氢压，将在氢化物的基础上形成新的固溶体。此外，由图1.3还可以看出，温度升高，氢平衡压升高，有效氢容量减少。图1.3金属氢化物的压力-组成等温线Fig.1.3ThePCTcurvesofmetalhydride.1.2储氢合金材料的基本要素和分类作为负极活性物质的储氢电极合金，一般需要满足如下几个要求[37-38]：(1)平台压力适中，一般要求为0.01~0.1Mpa；(2)平台区较宽，充放电性能稳定；(3)稳定的化学组成，反应生成的金属氢化物稳定性要好；(4)吸放氢速度快，可逆性好，在吸放氢的过程中滞后现象小；(5)活化容易，扩散速度要快；(6)原材料丰富，成本低，易实现工业化生产。目前常见的储氢合金有稀土系、钛系、锆铁系、镁系四大类，按原子比大小可分为AB5型、AB2型、AB型、A2B型等四种类型。1.3AB5型储氢合金AB5型稀土系储氢合金晶体结构为CaCu5型六方结构，是最早进入商业化生产的一类储氢合金，LaNi5合金是其典型的代表。在室温和0.2MPa的压力下，吸氢后的金属氢化物为LaNi5H6.0，理论储氢量为1.4wt.%。AB5型储氢合金具备较好的动力学性能、活化容易、吸放氢速度快、平衡氢压适中和滞后小等优点，但该合金在充放电过程中极易粉化，再加上表面La在充放电时会快速氧化，导致循环稳定性差。同时受结构的限制，该合金理论比容量非常有限，仅为372mAhg-1。研究者们通过在A、B两侧采用元素替代的方法提高合金的循环寿命，即A侧中的La用混合稀土、B侧的Ni使用Co、Cr、Mn、Al等元素，合成的多元合金具有良好的循环寿命，在Ni-MH电池的负极材料中得到广泛应用。1.4AB2型储氢合金AB2型储氢合金具有Laves相结构，主要以ZrV2、ZrCr2、ZrMn2等为基础发展起来的一类多元合金。该合金用作电池时易活化、吸氢量高，且有良好的耐腐蚀性，与AB5型混合稀土系合金相比，AB2型Laves相贮氢电极合金电化学容量较高（380~420mAhg-1），相比于AB5型合金提高了30~35%。但存在可逆吸放性差、初期活化困难、合金原材料（金属锆）价格相对偏高、高倍率放电性能差等缺点，研究者们通过多元合金化及表面处理的方法来进行优化[39-40]。1.5AB型储氢合金AB型储氢合金主要指TiNi和TiFe系储氢合金。由于TiNi合金中的Ti易氧化生成稳定的TiO2，导致其循环稳定性较差，通常添加V，Cr，Zr，Co等元素进行成分优化。TiFe合金是最早进行研究的AB型储氢合金，室温平衡氢压为0.3Mpa，理论储氢量,为1.86wt.%。优点是价格便宜，资源丰富，便于大规模工业生产；缺点是合金密度大，初期活化困难，容易受H2O和O2等杂质气体的毒化[41]。通常采用Mn，Cr，Ni，Zr等元素对合金中的Fe进行取代来改善其活化性能。1.6A2B型储氢合金A2B型储氢合金以Mg2Ni，Ca2Fe为主要代表，理论储氢量高达1.86wt.%。该类合金的特点是储氢量高，价格便宜，资源丰富，被认为有希望成为下一代MH/Ni电池的负极材料的希望。但该合金也存在一些缺点，例如吸放氢温度高（200℃～300℃），较差的放氢动力学性能，在碱液中容易被氧化腐蚀，从而导致合金的循环寿命低，限制了它在镍氢电池的实际应用。研究表明，通过机械合金化使Mg基合金非晶化，可以有效地改善合金吸放氢热力学和动力学性能，实现室温下充放电过程。目前非晶态的镁基合金放电容量已达500~800mAhg-1，显示出较好的应用开发前景[42]。参考文献OmerAM.Energy,environmentandsustainabledevelopment[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2008,12(9):2265-2300.BockrisJO.TheoriginofideasonaHydrogenEconomyanditssolutiontothedecayoftheenvironment[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,2002,27(7-8):731-740.WhittinghamMS.ElectricalEnergyStorageandIntercalationChemistry[J].Science,1976.TarasconJM,ArmandM.Issuesandchallengesfacingrechargeablelithiumbatteries[J].Nature,2001,414(6861):359-367.Goodenough,JohnB.Energystoragematerials:Aperspective[J].EnergyStorageMaterials,2015,1:158-161.EtacheriV,MaromR,ElazariR,etal.ChallengesinthedevelopmentofadvancedLi-ionbatteries:areview[J].Energy&EnvironmentalScience,2011,4(9):3243-0.MaromR,AmalrajSF,LeiferN,etal.Areviewofadvancedandpracticallithiumbatterymaterials[J].JournalofMaterialsChemistry,2011,21(27):9938-9954.QuanF,WhittinghamMS.ElectrospunManganeseOxideNanofibersasAnodesforLithium-IonBatteries[J].ElectrochemicalandSolid-StateLetters,2007,10(3):A48-A51.Idota,Y.;Kubota,T.;Matsufuji,A.;Maekawa,Y.;Miyasaka,T.Tin-BasedAmorphousOxide:AHigh-CapacityLithium-Ion-StorageMaterial.Science1997,276,1395−1397.ManwellJF,McgowanJG.Leadacidbatterystoragemodelforhybridenergysystems[J].SolarEnergy,1993,50(5):399-405.ZhouHH,CiYX,LiuCY.ProgressinstudiesoftheelectrodematerialsforLiionbatteriesHugginsW.Chemicaldiffusioninintermediatephasesinthelithium-siliconsystem[J].JournalofSolidStateChemistry,1981.周忠仁,张英杰,董鹏,等.锂离子电池负极材料研究概述[J].有色设备,2020,No.193(02):10-14.KoksbangR,BarkerJ,ShiH,etal.Cathodematerialsforlithiumrockingchairbatteries[J].SolidStateIonics,1996,84(1-2):1-21.EckerM,GerschlerJB,VogelJ,etal.Developmentofalifetimepredictionmodelforlithium-ionbatteriesbasedonextendedacceleratedagingtestdata[J].JournalofPowerSources,2012,215(none):248–257.NishiY.Thedevelopmentoflithiumionsecondarybatteries[J].ChemicalRecord,2010,1(5):406-413.MRPalacín.Recentadvancesinrechargeablebatterymaterials:Achemist'sperspective[J].ChemicalSocietyReviews,2009,38(9):2565-2575.WinterM,BesenhardJO,SpahrME,etal.ChemInformAbst