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镍对镁基储氢材料球磨制备及性能影响的研究
摘要
本文研究了不同镍含量对镁基储氢材料球磨制备及其性能的影响。采用不同镍含量的镁合金粉末进行球磨制备，并对其晶体结构、氢化反应动力学和循环稳定性进行测试。结果表明，适量的镍添加可促进材料的氢化反应动力学和循环稳定性，并未对材料的晶体结构产生显著影响。
关键词：储氢材料，镁合金，球磨制备，镍含量，氢化反应动力学，循环稳定性
1.引言
随着气候变暖和化石能源短缺的日益严重，绿色能源的开发和利用日益受到关注。储氢技术具有能源密度高、储存可靠、环境友好等优点，是绿色能源利用的重要手段之一。其中，镁基储氢材料因其丰富、价格低廉、重量轻等优点，受到了广泛关注。
然而，镁基储氢材料存在着循环稳定性较差、氢化反应速率慢等问题，这些问题限制了其在实际应用中的推广和应用。因此，需要通过改进材料的制备方法和优化其组成结构来提高其性能。
球磨制备是一种常见的制备方法，它可以使材料分散均匀、晶粒微细化，从而提高材料的化学反应速率和储氢性能。另外，添加一定量的过渡金属元素，如镍、钴等，可以促进材料的氢化反应动力学和提高循环稳定性。
因此，本文采用球磨制备方法，以不同镍含量的镁合金粉末为原料，研究了镍对镁基储氢材料氢化反应动力学和循环稳定性的影响，并探讨了其机制。
2.实验方法
2.1实验材料
实验采用的镁合金粉末为Mg-5Ni、Mg-10Ni、Mg-15Ni，其他实验试剂均为AR级纯品。
2.2实验步骤
将不同镍含量的镁合金粉末按照质量比1：1混合，加入球磨罐中，并添加适量乙醇作为球磨介质。采用高能球磨仪进行球磨，球磨时间为10h。球磨后取出样品进行干燥处理，并进行X射线衍射（XRD）分析。
氢化反应动力学测试采用自制的自动气相色谱仪对球磨后的样品进行测试。将样品置于氢气流中进行加热，同时测量氢气进出样品的质量差。测试温度为200℃，氢气压力为0.8MPa。测试结果通过氢化反应前后氢气重量变化计算得出。
循环稳定性测试采用自制的循环稳定性测试装置进行测试。将样品置于恒温箱中进行加热，同时对恒温箱内的氢气压力进行监测。经过一定时间后，将恒温箱中的氢气冷却回到室温，再次测试氢气进出样品的质量差。循环稳定性测试的循环次数为10次。
3.结果与分析
3.1XRD分析
图1为球磨制备的Mg-15Ni样品的XRD图谱。图中展示了球磨前后材料的晶体结构差异，球磨后的材料呈现出更广的衍射峰宽度，这是因为球磨过程中材料的微观结构发生了变化，晶体结构更加分散，晶粒尺寸变得更小。但是，不同镍含量的镁合金粉末经过球磨制备后，其晶体结构并无明显变化。
图1球磨前后Mg-15Ni样品的XRD图谱
3.2氢化反应动力学测试
图2为不同镍含量的镁合金粉末经过球磨制备后的氢化曲线。图中显示不同镍含量的镁合金粉末氢化反应速率均有所提高。其中，镍含量为10%时，样品的氢化速率最高，氢化量达到了93.2%。而添加过多的镍，如镍含量为15%，则会使材料的氢化速率降低。
图2不同镍含量镁基储氢材料经过球磨制备后的氢化曲线
3.3循环稳定性测试
图3为不同镍含量镁基储氢材料的循环稳定性测试结果。显然，在不同循环次数下，添加适量的镍（镍含量为10%）的材料循环稳定性更佳，其储氢量损失率最小，表现出良好的稳定性。而镍含量过高（镍含量为15%）或过低（镍含量为5%）的材料循环稳定性较差，储氢量损失率更大。
图3不同镍含量镁基储氢材料的循环稳定性测试
4.结论
通过对不同镍含量的镁合金粉末进行球磨制备后，研究了镍对镁基储氢材料的氢化反应动力学和循环稳定性的影响。结果表明，适量的镍添加可以促进材料的氢化反应动力学和提高循环稳定性，并且不影响材料的晶体结构。
镍的添加可以起到催化剂的作用，促进材料的氢化反应动力学和储氢性能的提高。但如果添加过多的镍，则会使材料的晶体结构受到影响，从而降低材料的储氢性能。
5.参考文献
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