镁系储氢材料概述

镁是地壳中含量丰富的元素之一,居第8位,约占地壳质量的2.35。镁的储氢量大,其理论储氢容量可以达到7.6,被认为是最有前景的储氢合金。

随着氢能源的广泛应用，储氢材料成为研究的热点之一。镁基储氢合金具有高储氢容量和良好的动力学性能，在氢储存领域具有广阔的应用前景。已成为近年来研究的重点之一。

镁系储氢材料的优缺点

优点：

⑴资源丰富，价格低廉。镁是地壳中含量最丰富的元素之一，居第8位，约占地壳的2.35％。

⑵密度小，仅为1.74g〃cm～;3)储氢量高，镁的理论储氢量7.6％(质量百分数，下同)，MgNi的储氢量为3.6％。

缺点：

主要表现为吸放氢速度慢，反应动力学性能差，放氢温度较高，以及循环寿命差等。

镁系储氢材料体系

镁系储氢材料可以分为单质镁储氢材料、镁基储氢合金和镁基储氢复合材料三大类。

1.单质镁储氢材料

镁可直接与氢反应，在300～400℃和较高的氢压下，反应生成MgH：

MgH理论氢含量可达7.6％，具有金红石结构，性能较稳定，在287℃时的分解压为101.3kPa。

因为纯镁的吸放氢反应动力学性能差，吸放氢温度高，所以纯镁很少被用来储存氢气。

2.镁基储氢合金

⑴Mg—Ni系储氢合金

Mg-Ni系合金有Mg2Ni（六方晶）和MgNi2（C36型莱夫斯相）两种金属间化合物。

⑵镁与其它元素组成的镁基储氢合金

除了Mg-Ni系储氢合金以外，研究者们研究得比较多的还有Mg-Al系以及Mg-La系储氢合金。

Mg-Al系储氢合金有下列3种类型:Mg3Al12、Mg17Al12、Mg2Al3。

3.镁基储氢复合材料

能在较温和的条件下充放氢的储氢材料，该类材料镁含量大于90％。根据复合材料的性能可以把镁基储氢复合材料分为两类：一类是单质元素与镁基材料的复合；另一类是化合物与镁基材料的复合。

目前所采用的与镁基材料复合的单质元素主要有：Fe、Pd、Ni等。

常见的化合物一镁基复合材料有：Mg—LaNi、Mg—FeTi、Mg—MgNi。这些复合材料基本上都是镁与一种合金化合物的复合。

镁系储氢材料制备方法

⑴晶态制备是指使用溶液、固态反应、电化学、熔体等方法制备镁基储氢合金的过程。

晶态制备方法种类繁多，其中比较常用的有共沉淀法、电化学合成法、熔盐电解法、气相还原法、物理气相沉积法等。

共沉淀法和电化学合成法成为了制备镁基储氢合金最常用的方法之一。

⑵非晶态制备是指将纯净的金属或其化合物加热到过液态温度再快速淬火的过程。

非晶态制备方法包括磁控溅射法、电弧等离子体法、高速均匀增材制造法等。

⑶机械合金化又称为球磨合金化，是指将元素或化合物粉末在球磨机中进行高能球磨，形成非晶态或纳米晶态的储氢合金。

球磨合金化方法有干法和湿法两种，其中以干法为主，具有操作简便、投资少等优点。

镁系储氢材料应用

镁基储氢材料由于自身所具有的一些其他储氢材料无法比拟的特点，而受到全世界的关注。特别是各种新型的镁基储氢材料的不断出现，为燃料电池和电动车用电池的应用奠定了坚实的基础。

但是还需要在镁基储氢材料动力学性能和循环寿命方面做一定的改善， 才能完全达到实际应用水平。