钒基储氢材料的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 邓小霞 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2007-05-26 |
| 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 | V1-xCrx (V0.9Ti0.1)1-xFex 热力学性能 动力学性能 晶格参数 晶格 |
| 其他题名 | Studies on V-based Hydrogen Storage Materials |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 作为二次能源，氢能是二十一世纪理想的清洁能源，利用氢能取代储量有限的以化石燃料为基础的一次能源已成为全球的共识。开发和利用与氢相关的新能源技术已被许多国家列为重点研究项目。对于需要高纯高压氢的产业，利用储氢材料的纯化和压缩功能制成的金属氢化物压缩机具备很多传统压缩机所不可比拟的优势。 为了开发氢压缩用储氢材料，优化金属氢化物压缩机的运行条件和综合储氢性能，并结合国内外关于金属氢化物增压材料的研究进展，本论文选择V及其固溶体合金为研究对象。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线应力分析和储氢性能测试等手段，对V及其固溶体合金吸放氢前后的晶体结构、热力学和动力学性能、吸放氢循环性能、表面形貌和晶格应变等方面进行了系统的研究和分析。主要结论如下： 1. 通过比较两种活化过程发现，V1-xCrx合金系适合低温活化而(V0.9Ti0.1)1-xFex 合金系适合高温活化。两个合金系各组分均是单相bcc固溶体。两个合金系在热力学性能上存在共同点：热力学参数（△H0、△G0和lnPd）、各组分的晶胞参数与合金元素含量呈线性关系；随着合金元素含量的增加，晶胞参数减小，容纳氢的间隙体积减小，导致放氢平台压升高，氢化物变得不稳定；另外合金元素含量的增加使氢化反应的焓变和吉布斯自由能下降，熵变变化相对较小，使放氢反应更容易进行。合金元素的电子占据了基体中本可以容纳氢原子电子的能态，导致吸氢量随合金元素含量增加而降低。 2. V1-xCrx合金系随着Cr含量的增加，吸氢平台压增高。因而在相同温 度和初始氢压下，吸氢驱动力ΔP（=P0－Pe）减弱，吸氢速率降低。(V0.9Ti0.1)1-xFex合金系中加入一定量的Fe可以改善动力学性能，有利于活化。但是加入Fe含量太多，反而使动力学减慢。 3. 超过100次的吸放氢循环结果表明，V和V0.9Cr0.1合金的吸放氢性能 变化相似。吸放氢平台压力均随着循环次数的增加而增加，相同压力下的吸氢量减小，吸氢变得困难，滞后变化很小。一方面吸放氢循环使由球磨引入的晶格应变下降；另一方面bcc结构的晶胞体积随循环次数增加而减小，导致容氢间隙尺寸减小，吸氢平台压增加，氢化物稳定性降低。在吸放氢循环中V0.9Cr0.1合金的β相晶格应变减小，也会使吸氢平台压力增加。 V和V0.9Cr0.1合金的吸氢动力学均随吸放氢循环次数的增加而减慢。原因与吸氢平台压力增高有关。在吸放氢循环超过100次后，V和V0.9Cr0.1合金的颗粒表面和内部均形成大量很深的裂纹，其缩短了氢原子扩散路程，并为氢的复合提供了更多新鲜表面，所以提高了放氢平台压，改善了放氢动力学。Cr元素可以改善V的滞后，降低γ相稳定性并提高有效放氢容量。从动力学性能随循环次数的变化趋势来看，V0.9Cr0.1的吸放氢循环稳定性要比V好。 4. V和V0.9Cr0.1合金吸放氢循环超过100次后在873K下抽真空（2×10-4Pa） 60min仍然保持bcc结构。二者的氢化物在低温低真空（室温，＞0.1Pa）下转变为bct结构。V、V-Cr和V-Ti-Fe合金吸放氢后经过上述脱氢处理都具有这样的结构转变特点。 5. (V0.9Ti0.1)0.94Fe0.06合金和V在相同温度下的放氢平台压非常接近，前 者的氢化反应焓值和熵值稍大于后者，但是(V0.9Ti0.1)0.94Fe0.06合金的有效放氢容量远低于V。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 95 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17071]  |
| 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 | 邓小霞. 钒基储氢材料的研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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