第三章貯氫合金及其制備成為貯氫合金的條件對(duì)貯氫合金的要求貯氫合金的分類貯氫合金的制備貯氫合金的用途/14:07:2112:24:14第三章貯氫合金及其制備成為貯氫合金的條件/14:07:211一）成為貯氫合金的條件/14:07:2112:24:14一）成為貯氫合金的條件/14:07:2101:41:032吸氫量大，釋放量也大。用于貯氫時(shí)生成熱盡量小，蓄熱時(shí)生成量盡量大。平衡氫壓適當(dāng)，室溫下為幾個(gè)大氣壓，便于貯放氫。二）對(duì)貯氫合金的要求/14:07:2112:24:14吸氫量大，釋放量也大。二）對(duì)貯氫合金的要求/14:07:213吸氫、釋氫速度快。吸氫、釋氫時(shí)平衡壓差（滯后）小。反復(fù)吸氫、釋氫時(shí)粉化傾向小，貯氫性能穩(wěn)定?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，貯存和運(yùn)輸時(shí)性能可靠、安全、無害。價(jià)格便宜。/14:07:2112:24:14吸氫、釋氫速度快。吸氫、釋氫時(shí)平衡壓差（滯后）小。/14:04三）貯氫合金的分類/14:07:2112:24:14三）貯氫合金的分類/14:07:2101:41:0451968年Reilly等首次發(fā)現(xiàn)貯氫合金其后三個(gè)發(fā)展階段（1）LaNi5

的AB5型合金（2）Laves相結(jié)構(gòu)的AB2

型合金（3）鎂基合金和釩固溶體型合金鎂基貯氫合金

吸氫量大MH2為7.6%,M2NiH4為3.6%

資源豐富價(jià)格低廉對(duì)環(huán)境污染小

最有前途/14:07:2112:24:141968年其后三個(gè)發(fā)展階段（1）LaNi5的AB56稀土系貯氫合金SEM形貌/14:07:2112:24:14稀土系貯氫合金SEM形貌/14:07:2101:41:057四）貯氫合金的制備制備方法對(duì)貯氫合金的性能有很大的影響成分確定,制備工藝決定貯氫合金電化學(xué)性能制造方法合金組織特征方法特征電弧熔煉法接近平衡相，偏析少適于實(shí)驗(yàn)、少量生產(chǎn)高頻感應(yīng)加熱法緩冷時(shí)發(fā)生宏觀偏析價(jià)廉，適于大量生產(chǎn)熔體急冷法非平衡、非晶相、微晶粒柱狀組織，偏析少容易粉碎氣體霧化法非平衡、非晶相、微晶粒等軸組織，偏析少球狀粉末，無需粉碎機(jī)械合金法納米晶結(jié)構(gòu)、非晶相、非平衡相粉末原料，低溫處理還原擴(kuò)散法熱擴(kuò)散不充分時(shí)，組成不均勻不需粉碎，成本低/14:07:2112:24:14四）貯氫合金的制備制備方法對(duì)貯氫合金的性能有很大的影響制造8制備方法以鎂基貯氫合金為例方法一熔煉法特點(diǎn)：1968年美國布魯克-海文實(shí)驗(yàn)室Mg2Ni合金設(shè)備簡單、產(chǎn)率高、易于產(chǎn)業(yè)化煉制的合金活化困難、電化學(xué)、貯氫性能差原料鎂易揮發(fā)，需做保護(hù)熔煉流程圖/14:07:2112:24:14制備方法以鎂基貯氫合金為例方法一熔煉法特點(diǎn)：設(shè)備簡單、9方法二粉末燒結(jié)法原理：超細(xì)粉末粒度變細(xì)，粉末表面曲率變大，表面能高，表面張力向顆粒內(nèi)部壓力增大，使超細(xì)粉末的物理性能改變，熔點(diǎn)下降，降低了燒結(jié)溫度，制備出大塊貯氫合金。（基于粉末冶金技術(shù)）優(yōu)點(diǎn)：直接壓制成合金電極，工藝簡單，成本較低。缺點(diǎn)：燒結(jié)式的電極孔率低，難以提高比容量，越來越不能滿足要求。實(shí)例：

貯氫合金粉末

加壓成型

真空燒結(jié)1h（800~900℃）

冷卻過程中通入氫氣制成金屬氫化物電極/14:07:2112:24:14方法二粉末燒結(jié)法原理：超細(xì)粉末粒度變細(xì)，粉末表面曲率變10方法三擴(kuò)散法（球磨擴(kuò)散、置換擴(kuò)散）球磨擴(kuò)散高溫固相擴(kuò)散，擴(kuò)散之前，Ar氣保護(hù)機(jī)械球磨獲得粒度小、混合均勻的金屬粉末適于熔煉相差比較大的金屬元素合成合金。按照設(shè)定合金的組成原子比例將原料金屬粉末充分球磨30~120min，在一定壓力下壓成圓形小片，放入退火爐，氬氣保護(hù)恒溫一定時(shí)間，使合金粉末組元在固態(tài)下相互擴(kuò)散制得合金。流程簡介/14:07:2112:24:14方法三擴(kuò)散法（球磨擴(kuò)散、置換擴(kuò)散）球磨擴(kuò)散高溫固相擴(kuò)散，11優(yōu)點(diǎn)：條件溫和，不需高溫，簡單方便，易于操作、合金組成易控制不足：解吸溫度偏高/14:07:2112:24:14優(yōu)點(diǎn)：條件溫和，不需高溫，簡單方便，易于操作、合金組成易控制12置換擴(kuò)散南開大學(xué)申泮文院士利用Mg的化學(xué)活潑性方法簡介：將無水NiCl2、CuCl2或CuCl溶解在有機(jī)溶液如二甲基甲酰胺中，用過量鎂粉置換，鎳和銅平穩(wěn)的沉積在鎂上，將所得產(chǎn)物在保護(hù)性氣氛500~600℃進(jìn)行熱擴(kuò)散使合金均勻化即得到Mg基合金。/14:07:2112:24:14置換擴(kuò)散南開大學(xué)申泮文院士利用Mg的化學(xué)活潑性方法簡介：/13優(yōu)點(diǎn)：制備合金成分均勻、活性較高、易加氫活化、吸放氫速度加快，氫化物熱分解溫度明顯降低，吸放氫性能良好不足：工藝復(fù)雜，操作繁瑣，適應(yīng)范圍較窄，合成的合金吸放氫溫度達(dá)不到Ni-MH電池負(fù)極材料的要求。/14:07:2112:24:14優(yōu)點(diǎn)：制備合金成分均勻、活性較高、易加氫活化、吸放氫速度加快14五）貯氫合金的用途/14:07:2112:24:14五）貯氫合金的用途/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第三章貯氫合金及其制備成為貯氫合金的條件對(duì)貯氫合金的要求貯氫合金的分類貯氫合金的制備貯氫合金的用途/14:07:2112:24:14第三章貯氫合金及其制備成為貯氫合金的條件/14:07:2123一）成為貯氫合金的條件/14:07:2112:24:14一）成為貯氫合金的條件/14:07:2101:41:0324吸氫量大，釋放量也大。用于貯氫時(shí)生成熱盡量小，蓄熱時(shí)生成量盡量大。平衡氫壓適當(dāng)，室溫下為幾個(gè)大氣壓，便于貯放氫。二）對(duì)貯氫合金的要求/14:07:2112:24:14吸氫量大，釋放量也大。二）對(duì)貯氫合金的要求/14:07:2125吸氫、釋氫速度快。吸氫、釋氫時(shí)平衡壓差（滯后）小。反復(fù)吸氫、釋氫時(shí)粉化傾向小，貯氫性能穩(wěn)定。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，貯存和運(yùn)輸時(shí)性能可靠、安全、無害。價(jià)格便宜。/14:07:2112:24:14吸氫、釋氫速度快。吸氫、釋氫時(shí)平衡壓差（滯后）小。/14:026三）貯氫合金的分類/14:07:2112:24:14三）貯氫合金的分類/14:07:2101:41:04271968年Reilly等首次發(fā)現(xiàn)貯氫合金其后三個(gè)發(fā)展階段（1）LaNi5

的AB5型合金（2）Laves相結(jié)構(gòu)的AB2

型合金（3）鎂基合金和釩固溶體型合金鎂基貯氫合金

吸氫量大MH2為7.6%,M2NiH4為3.6%

資源豐富價(jià)格低廉對(duì)環(huán)境污染小

最有前途/14:07:2112:24:141968年其后三個(gè)發(fā)展階段（1）LaNi5的AB528稀土系貯氫合金SEM形貌/14:07:2112:24:14稀土系貯氫合金SEM形貌/14:07:2101:41:0529四）貯氫合金的制備制備方法對(duì)貯氫合金的性能有很大的影響成分確定,制備工藝決定貯氫合金電化學(xué)性能制造方法合金組織特征方法特征電弧熔煉法接近平衡相，偏析少適于實(shí)驗(yàn)、少量生產(chǎn)高頻感應(yīng)加熱法緩冷時(shí)發(fā)生宏觀偏析價(jià)廉，適于大量生產(chǎn)熔體急冷法非平衡、非晶相、微晶粒柱狀組織，偏析少容易粉碎氣體霧化法非平衡、非晶相、微晶粒等軸組織，偏析少球狀粉末，無需粉碎機(jī)械合金法納米晶結(jié)構(gòu)、非晶相、非平衡相粉末原料，低溫處理還原擴(kuò)散法熱擴(kuò)散不充分時(shí)，組成不均勻不需粉碎，成本低/14:07:2112:24:14四）貯氫合金的制備制備方法對(duì)貯氫合金的性能有很大的影響制造30制備方法以鎂基貯氫合金為例方法一熔煉法特點(diǎn)：1968年美國布魯克-海文實(shí)驗(yàn)室Mg2Ni合金設(shè)備簡單、產(chǎn)率高、易于產(chǎn)業(yè)化煉制的合金活化困難、電化學(xué)、貯氫性能差原料鎂易揮發(fā)，需做保護(hù)熔煉流程圖/14:07:2112:24:14制備方法以鎂基貯氫合金為例方法一熔煉法特點(diǎn)：設(shè)備簡單、31方法二粉末燒結(jié)法原理：超細(xì)粉末粒度變細(xì)，粉末表面曲率變大，表面能高，表面張力向顆粒內(nèi)部壓力增大，使超細(xì)粉末的物理性能改變，熔點(diǎn)下降，降低了燒結(jié)溫度，制備出大塊貯氫合金。（基于粉末冶金技術(shù)）優(yōu)點(diǎn)：直接壓制成合金電極，工藝簡單，成本較低。缺點(diǎn)：燒結(jié)式的電極孔率低，難以提高比容量，越來越不能滿足要求。實(shí)例：

貯氫合金粉末

加壓成型

真空燒結(jié)1h（800~900℃）

冷卻過程中通入氫氣制成金屬氫化物電極/14:07:2112:24:14方法二粉末燒結(jié)法原理：超細(xì)粉末粒度變細(xì)，粉末表面曲率變32方法三擴(kuò)散法（球磨擴(kuò)散、置換擴(kuò)散）球磨擴(kuò)散高溫固相擴(kuò)散，擴(kuò)散之前，Ar氣保護(hù)機(jī)械球磨獲得粒度小、混合均勻的金屬粉末適于熔煉相差比較大的金屬元素合成合金。按照設(shè)定合金的組成原子比例將原料金屬粉末充分球磨30~120min，在一定壓力下壓成圓形小片，放入退火爐，氬氣保護(hù)恒溫一定時(shí)間，使合金粉末組元在固態(tài)下相互擴(kuò)散制得合金。流程簡介/14:07:2112:24:14方法三擴(kuò)散法（球磨擴(kuò)散、置換擴(kuò)散）球磨擴(kuò)散高溫固相擴(kuò)散，33優(yōu)點(diǎn)：條件溫和，不需高溫，簡單方便，易于操作、合金組成易控制不足：解吸溫度偏高/14:07:2112:24:14優(yōu)點(diǎn)：條件溫和，不需高溫，簡單方便，易于操作、合金組成易控制34置換擴(kuò)散南開大學(xué)申泮文院士利用Mg的化學(xué)活潑性方法簡介：將無水NiCl2、CuCl2或CuCl溶解在有機(jī)溶液如二甲基甲酰胺中，用過量鎂粉置換，鎳和銅平穩(wěn)的沉積在鎂上，將所得產(chǎn)物在保護(hù)性氣氛500~600℃進(jìn)行熱擴(kuò)散使合金均勻化即得到Mg基合金。/14:07:2112:24:14置換擴(kuò)散南開大學(xué)申泮文院士利用Mg的化學(xué)活潑性方法簡介：/35優(yōu)點(diǎn)：制備合金成分均勻、活性較高、易加氫活化、吸放氫速度加快，氫化物熱分解溫度明顯降低，吸放氫性能良好不足：工藝復(fù)雜，操作繁瑣，適應(yīng)范圍較窄，合成的合金吸放氫溫度達(dá)不到Ni-MH電池負(fù)極材料的要求。/14:07:2112:24:14優(yōu)點(diǎn)：制備合金成分均勻、活性較高、易加氫活化、吸放氫速度加快36五）貯氫合金的用途/14:07:2112:24:14五）貯氫合金的用途/14:07:2101:41:0937/14:07:2112:24:1