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镁基碳纳米管复合材料储氢性能的研究

胡素梅  
【摘要】: 本文在全面综述国内外储氢合金特别是镁基纳米非晶储氢合金的研究进展基础之上,详细讲述了近年来储氢材料的研究进展,介绍了储氢材料的应用前景,并指出储氢材料的发展趋势。当前碳纳米管储氢课题已经成为纳米科技领域中的一项研究热点,本文借助于蒙特卡罗方法和分子动力学方法,对碳纳米管的储氢行为进行了模拟计算,计算结果表明:被吸附的氢分子主要出现在管内和管外的边缘附近;管内氢分子的分布出现分层现象,且管径越小,靠近管壁的氢分子分层现象越明显;在管内外靠近管壁处的氢分子与管壁有一定的空隙。 本课题以改善镁基储氢材料的吸放氢性能,开发新材料,降低材料成本为主要目的,通过机械球磨的方法制备了Mg-Ni、Mg-Ni-CNTs、Mg-Ni-CNTs-TiO_2储氢合金,研究了它们的最佳组分比、活化性能、吸放氢性能以及吸放氢过程中温度的变化。实验结果表明:Mg-Ni系二元储氢合金的储氢量随镍含量的变化而变化,当镍含量为20%(质量分数)时,储氢量最大,在553 K时吸氢量可达到5.419%,但放氢温度高、吸放氢动力学性能差,限制了其广泛应用。Mg-Ni-CNTs三元贮氢合金较Mg-Ni合金在吸放氢量上有所提高,放氢温度明显下降,当CNTs为10%,在1min内吸氢量达7.2%,在60~100s内放氢量达到6.2%。三元贮氢合金表现出优异的储氢性能是Ni与CNTs催化体相互补充的结果。Mg-Ni-CNTs-TiO_2四元贮氢合金与Mg-Ni-CNTs三元贮氢合金相比,吸放氢量没有显著地提高,但是由于TiO_2的加入,使得纳米复合材料氢化生成焓明显降低,活化性能得到进一步提高,而且大大提高了材料的使用寿命,降低了实验成本。


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