第1章氫能及儲氫合金1

1.1氫能概述1

1.2氫的存儲2

1.2.1氣態儲氫3

1.2.2液態儲氫3

1.2.3固態材料儲氫3

1.3儲氫合金的儲氫原理4

1.3.1氣固吸氫的基本原理5

1.3.2儲氫合金的電化學儲氫原理9

1.3.3氣固相吸放氫性能同電化學性能的關繫10

1.4儲氫合金的種類11

1.4.1AB5型稀土繫儲氫合金11

1.4.2AB2型儲氫合金12

1.4.3AB3和A2B7型稀土鎂鎳繫儲氫合金13

1.4.4AB型儲氫合金13

1.4.5V基固溶體儲氫合金14

1.4.6Mg及Mg2Ni儲氫合金14

1.5鎂鎳基儲氫材料的研究現狀15

1.5.1鎂基儲氫材料的發展15

1.5.2鎂鎳繫儲氫合金的發展16

1.5.3稀土鎂鎳繫儲氫合金20



第2章稀土儲氫合金的制備22

2.1稀土儲氫合金制備方法22

2.1.1稀土儲氫合金常用原料及其基本制造方法22

2.1.2稀土儲氫合金的制取工藝及設備25

2.2稀土儲氫合金的熱處理技術28

2.3稀土儲氫合金的制粉技術28

2.3.1干式球磨制粉技術28

2.3.2濕式球磨制粉技術29

2.3.3合金氫化制粉29

2.4稀土儲氫合金的表面處理30

2.4.1表面包覆金屬膜31

2.4.2儲氫合金的堿處理32

2.4.3儲氫合金的酸處理33

2.4.4儲氫合金的氟化處理33

2.4.5其他表面處理方法34

2.5儲氫合金粉的包裝35



第3章Y、Sm、Nd對鎂鎳繫合金微觀結構及儲氫性能的影響36

3.1合金的成分設計與檢測36

3.2Y、Sm、Nd對鎂鎳繫合金相組成及微觀結構的影響37

3.2.1Mg24Ni10Cu2合金相組成及微觀結構37

3.2.2Y、Sm、Nd對Mg24Ni10Cu2合金相組成及微觀結構的影響40

3.3Y、Sm、Nd對鎂鎳繫合金電化學性能的影響46

3.3.1儲氫合金的電化學性能測試47

3.3.2Y、Sm、Nd對Mg24Ni10Cu2合金電化學性能的影響49

3.4Y、Sm、Nd對鎂鎳繫合金氣固儲氫性能的影響51

3.4.1氣固儲氫性能的測試51

3.4.2Y、Sm、Nd對Mg24Ni10Cu2合金氣固儲氫活化性能的影響52

3.4.3Y、Sm、Nd對Mg24Ni10Cu2合金氣固儲氫吸放氫機制的影響55

3.4.4Y、Sm、Nd對Mg24Ni10Cu2合金氣固儲氫放氫動力學性能的影響56

3.4.5Y、Sm、Nd對Mg24Ni10Cu2合金氫化物熱穩定性的影響59

3.4.6Y、Sm、Nd對Mg24Ni10Cu2合金氣固吸氫熱力學性能的影響60

3.5Y、Sm、Nd對鎂鎳繫合金儲氫性能影響的分析62

3.5.1Mg24Ni10Cu2合金儲氫性能分析62

3.5.2Y、Sm、Nd對Mg24Ni10Cu2合金儲氫性能影響的分析64

3.6本章小結71



第4章Y添加量對鎂鎳繫合金的微觀結構及儲氫性能的影響73

4.1加Y實驗合金的成分設計與制備73

4.2Y對Mg24Ni10Cu2合金相組成及微觀結構的影響74

4.2.1Y-Mg-相圖分析74

4.2.2Y對Mg24Ni10Cu2合金相組成的影響76

4.2.3Y對Mg24Ni10Cu2合金組織與顯微結構的影響81

4.3Y對Mg24Ni10Cu2合金電化學性能的影響84

4.4Y對Mg24Ni10Cu2合金氣固儲氫性能的影響89

4.4.1Y對Mg24Ni10Cu2合金氣固儲氫活化性能的影響89

4.4.2Y對Mg24Ni10Cu2合金吸放氫機制的影響92

4.4.3Mg22Y2Ni10Cu2合金吸放氫過程分析93

4.4.4Y對Mg24Ni10Cu2合金氣固儲氫放氫動力學性能的影響96

4.4.5Y對Mg24Ni10Cu2合金氫化物熱穩定性的影響99

4.4.6Y對Mg24Ni10Cu2合金氫化物熱力學性能的影響102

4.5Y對Mg24Ni10Cu2合金氣固儲氫性能影響的分析104

4.5.1Y對Mg24Ni10Cu2合金吸放氫過程中相變的影響104

4.5.2Y對Mg24Ni10Cu2合金吸放氫過程中顯微組織及微觀結構的影響106

4.6Cu對Mg2NiH4放氫性能影響的性原理分析112

4.7本章小結113



第5章球磨時間對稀土鎂鎳合金的微觀結構及儲氫性能的影響115

5.1球磨時間對稀土鎂鎳合金微觀結構及顯微組織的影響115

5.2球磨時間對稀土鎂鎳合金電化學性能的影響120

5.2.1球磨時間對稀土鎂鎳合金電化學放電性能的影響120

5.2.2球磨時間對稀土鎂鎳合金電化學動力學性能的影響121

5.2.3球磨時間對稀土鎂鎳合金電化學性能影響的機制124

5.3球磨時間對稀土鎂鎳合金氣固儲氫性能的影響126

5.3.1球磨時間對稀土鎂鎳合金氣固儲氫活化性能的影響126

5.3.2球磨時間對稀土鎂鎳合金氣固儲氫吸放氫動力學性能的影響129

5.3.3球磨時間對稀土鎂鎳合金氣固儲氫吸放氫熱力學性能的影響133

5.4球磨時間對稀土鎂鎳合金氣固儲氫性能影響的分析135

5.4.1球磨時間對稀土鎂鎳合金吸放氫過程中相變的影響135

5.4.2球磨時間對稀土鎂鎳合金吸放氫過程中微觀組織及結構的影響136

5.5本章小結141



第6章復合鎳對球磨態合金的微觀結構及儲氫性能的影響142

6.1復合鎳對球磨態稀土鎂鎳合金微觀結構及顯微組織的影響142

6.1.1復合鎳對球磨態稀土鎂鎳合金相組成的影響142

6.1.2復合鎳對球磨態稀土鎂鎳合金顯微結構的影響144

6.2復合鎳對稀土鎂鎳合金電化學性能的影響146

6.2.1復合鎳對稀土鎂鎳合金放電性能的影響146

6.2.2復合鎳對稀土鎂鎳合金電化學動力學性能的影響148

6.2.3復合鎳對電化學性能測試後合金組織的影響151

6.3復合鎳對稀土鎂鎳合金氣固儲氫性能的影響153

6.3.1復合鎳對稀土鎂鎳合金氣固儲氫活化性能的影響153

6.3.2復合鎳後球磨態合金氣固儲氫吸放氫機制分析156

6.3.3復合鎳對球磨態合金氣固儲氫放氫動力學性能的影響156

6.3.4復合鎳對球磨態合金氣固儲氫放氫熱力學性能的影響157

6.4復合鎳後球磨態合金的放氫過程中相及組織結構變化159

6.4.1復合鎳合金吸放氫過程中的相變159

6.4.2復合鎳球磨態合金在吸放氫過程中的顯微組織變化161

6.4.3復合鎳球磨態合金在吸放氫過程中的顯微結構163

6.5本章小結164



參考文獻166

   鎂鎳（Mg-Ni）繫儲氫合金自20世紀被發現以來，就因其具有儲氫量大、資源豐富和價格低廉等優勢而一直備受關注。尤其是進入21世紀之後，隨著傳統化石能源消耗的加快，不但出現了能源短缺的問題，而且還造成了日益嚴重的環境問題。為此，以氫能為代表的清潔能源的開發與利用成了科學研究的熱點，特別是我國提出“雙碳”目標後，與氫能存儲有關的研究更加受人關注。相應的以Mg-Ni繫合金為代表的儲氫合金開發成為材料研究的熱點。盡管Mg-Ni繫合金作為儲氫合金有著較多的優勢，然而其較高的吸放氫溫度以及較差的動力學性能一直是其走向實用化道路上的攔路虎。

本書以Mg-Ni繫合金為基礎，介紹了通過稀土合金化、球磨制備以及復合鎳等方式獲得的繫列儲氫材料，並繫統地研究這些方式和方法對Mg-Ni繫儲氫合金的儲氫性能的影響,包括合金在吸放氫前後的組織結構變化、合金的電化學性能、氣固儲氫性能等。同時研究了稀土鎂鎳合金氫化物的穩定性，分析了材料的吸放氫機制，並通過性原理計算證實了YMgNi4相中Y和Mg的存在位置變化情況及Cu對Ni的替代會降低MgNiH4相的穩定性等問題。

本書由孫昊、趙鳳光和張胤著，其中趙鳳光完成第1章，趙鳳光和張胤共同完成第2章，孫昊完成了第3~6章。全書由孫昊統稿和定稿。本書可作為研究生或從事儲氫材料相關工作的人員的參考書。

本書為“稀土工程叢書”之一，在此深切緬懷為叢書作序的師昌緒先生。師先生的治學精神，指引作者做好未來的教學與科研工作。由於作者水平有限，書中不足之處，敬請讀者批評和指正。



著者

2022年1月