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第12卷第5期中国有色金属学报2002年10月
Vol.12No.5TheChineseJournalofNonferrousMetalsOct.2002

[文章编号]1004-0609(2002)05-0853-10

镁基储氢材料的研究进展①

房文斌,张文丛,于振兴,王尔德
(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001)

[摘要]对近几十年来镁基储氢材料的研究历史做了简单的回顾,并对镁基储氢材料进行了合理的分类,将其分
为镁基合金材料体系和镁基复合材料体系;分别对合金材料和复合材料的储氢性能进行了系统的阐述,指出现有的
技术手段已经能够制备具有优异充放氢性能的镁基储氢材料。对镁基储氢材料的应用现状进行了综述,总结了现有
的镁基储氢材料储氢器以及镁基储氢材料电化学性能的研究现状,指出了今后镁基储氢材料应用研究的重点。
[关键词]镁基储氢材料;充放氢性能;储氢器;电化学性能
[中图分类号]TG139.7[文献标识码]A

能源是国民经济的基础,是人类赖以生产、生力、物力、财力对储氢材料进行研究,力图抢占这
活和生存的重要源泉。随着科学技术的进步,人类一基础材料研究的制高点。
社会经历了薪柴、煤炭和石油三个能源阶段。从未世界各国现已先后开发出多种储氢材料,但很
来社会能源结构看,人类一方面要面对煤、石油等多研究工作者已将研究重点放在了对镁基储氢材料
矿物能源的日益枯竭,另一方面又要正视矿物能源的研究上。人们之所以重视镁基材料的研究,是因
所造成的环境污染问题。如酸雨、温室效应等已给为镁有许多重要特性。首先,镁是一种地壳中含量
人类带来了相当大的危害,而汽车尾气也成为大气最丰富的元素之一,居第8位,约占地壳质量的
污染的一个主要来源之一。因此寻找一种可替代传2.35%;其次,镁的储氢容量大,其理论储氢容量
统碳氢化合物能源的新能源已成为世界各国科学家可以达到7.6%。但纯镁作为储氢材料充放氢的动
毕生奋斗的目标。氢在宇宙间含量丰富,具有许多力学性能差,充放氢的速度很慢,而且放氢温度比
特殊的性质,是理想的二次能源。氢燃烧能量密度较高,如若达到可以接受的放氢速度,放氢温度必
值很高,燃烧后生成水,具有零污染特点,因此对须在350℃以上,给应用带来了困难,这也是镁基
于氢的开发和利用已成为很重要的课题。氢在常温储氢材料研究的难点所在。
常压下是一种无色、无味、无臭的气体,其密度为表1列出了部分氢化物的储氢密度和含氢量。
8.988×10-5g/cm3,约为空气密度的十四分之一。从表中可以看出,金属氢化物中氢的含量很高。具
构成氢能体系的主要技术环节包括氢的生产、有单位体积较高的储氢能力和安全性是金属氢化物
供给、储存、转换和使用等,其中能量的储存和转储氢的主要特点。
换一直是能量有效利用的关键所在。传统的储氢手
表1氢化物中氢的密度和氢含量
段主要是用钢瓶来储存氢气,其缺点是效率低,同Table1Hydrogenatomdensityandcapacityof
时需要钢瓶具有耐高压、防泄漏的特性,条件要求somehydrides
比较苛刻。储氢材料由于其具有很高的氢气存储密
MaterDensity/(1022·cm-3)w(H)/%
度而受到人类的瞩目,因此成为材料科学中研究的-2
GasH2(at273K,0.1MPa)5.4×10100.0

重点功能材料之一。储氢材料就作为一种极其重要LiquidH2(at20K)4.2100.0
的功能材料,在二次能源领域内具有不可替代的作SolidH2(at4K)5.3100.0
MgH6.67.65
用,特别是在燃料电池、可充电电池研究中,具有2
TiH29.14.04
举足轻重的地位。储氢材料的研究直接关系着电动
VH210.53.81

汽车的应用,也同样对潜艇、航天器等领域有着重LaNi5H66.21.38

要的影响。近几十年来世界各国都投入了巨大的人Mg2NiH45.63.62

①[收稿日期]2002-01-15[[修订日期]2002-03-08[作者简介]房文斌(1963-),男,副教授,博士。
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于报道的、储氢性能比较好的有Mg2La、Mg12La、
、、、
镁基储氢材料研究历史概况Mg16La2NiMg17La1.8Ca0.2Mg16La1.6Ca0.4Ni
1[2,3,5,6]
Mg172La2等。
镁与其它元素形成的数量众多的三元合金,可
镁可与氢气直接反应,在300～400℃和较高
以简单地概括为(Mg1-xAx)Dy,A可以是V、Cr、
的氢压下,反应生成MgH2:
Pd、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Zr、Nb、Mo、
Mg+H2=MgH2
In、O、Si、B、C、F,其中比较主要的