镁基能源材料的制备及应用

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1、镁基能源材料的制备及应用摘要:作为最轻的金属结构材料，Mg合金在轻量化方面已经得到了越来越多的应用。Mg具有较低的电极电位及储氢量较大的特点使得Mg在能源材料方面发挥越来越重要的作用。综述了Mg作为储氢材料和电池材料的研究进展，着重介绍了Mg基储氢材料的性能改善、制备方法等，同时对Mg二次电池和燃料电池体系进行了简要介绍。此外，还较详细地介绍了具有高容量储氢性能的Mg基复杂氢化物的研究现状及结果。关键词:镁，能源材料，储氢材料，镁电池ResearchProgressofMg-BasedEnergyMaterialsAbstract:Asthelightes

2、tmetalstructuralmaterial，Mgalloyshavebeenincreasinglyappliedinlightweighting．Owingtothelowerelectrodepotentialandhigherhydrogenstorage，Mgalloyscanalsobeusedinenergymaterials．TheresearchofMgalloysashydrogenstoragematerialsandbatterymaterialsisreviewed，focusingonthemodifiedmethodand

3、preparationsofMg-basedhydrogenstoragematerials．Inaddition，applicationsofMgalloysinsecondarybatteryandfuelbatterymaterialsarealsodiscussed．Keywords:Mg;energymaterial;hydrogenstoragematerial;Mgbattery1前言Mg元素是地球上储量最丰富的元素之一，在地壳表层金属矿资源含量为2.3%位居常用金属的第4位纯Mg的密度为1.74g/cm3，是工业应用中最轻的结构金属材料，将

4、Mg合金用于航空航天、交通运输、民用建筑等行业可以有效实现轻量化，减少能源消耗，缓解日益严重的能源问题。过去20年来，Mg的轻量化优势得到了广泛的认同，基于结构Mg合金材料的研究和应用得到了前所未有的发展，在汽车、电子和国防工业领域，Mg合金应用增长迅速。除了轻量化这一重要特点，Mg原子的特殊原子结构决定了其更多的功能特性，Mg是阻尼性能最优良的金属，比阻尼强度达到60%;Mg的储氢能力达到7.6%，是金属中储氢力最大的元素;此外，Mg具有较低的电极电位，在结构应用中这是其缺点(容易导致腐蚀)，但是作为电极材料来说，意味着Mg具有较大的比容量。高阻尼、高储

5、氢能力和低电极电位，这些与能源相关的特质，在新能源技术发展与应用日益重要的今天，预示着Mg将在能源材料领域发挥重要的作用。2镁基储氢材料随着工业的发展和人们物质生活水平的提高，能源的需求也与日俱增。由于近几十年来使用的能源主要来自传统能源，而传统能源的日渐枯竭，致使人类面临着能源、资源和环境危机的严峻挑战。所以寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，逐渐得到人们的关注。氢能具有以下优点:①氢的燃烧产物是水，对环境不产生任何污染;②氢可以通过太阳能、风能等分解水而再生，是可再生能源;③燃烧值高，每kg氢燃

6、烧后产生的热量约为汽油的3倍，焦炭的4.5倍;④氢资源丰富，可通过水、碳氢化合物等电解或分解生成［1］。在氢能的开发利用中，氢的制备、储存和运输方面还存在着问题，尤其是氢能的存储技术已成为氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈。氢是最有希望的能源替代物，氢能最重要的技术挑战就是缺乏安全和有效的贮氢技术。美国能源部(DOE)用于氢储存方面的研究经费约占氢能研究经费的50%。日本投资30亿美元的能源发电计划的三大内容(高效分解水技术、储氢技术、氢燃料电池发电)之一就是开发安全且廉价的贮氢技术。2.1金属氢化物储氢金属氢化物储氢，是利用金属或合金在一定条件下吸放氢来实

7、现的。其特征是由1种吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素(A)和另一种吸氢量小或与氢亲和力弱的元素(B)共同组成。A金属控制合金的储氢量，氢于这类金属结合时发生放热反应，主要是IA-VB族金属，如Ti，Zr，Ca，Mg，V，Nb，RE等。B金属控制吸放氢的可逆性，起到调节生成热和分解压力的作用，氢很容易在其中移动，且与这类金属结合时发生吸热反应，主要是Fe，Co，M，Cr，Cu，Al等。依金属氢化物成分和结构的不同，一般可分为AB5型，AB2型，AB型合金和A2B型合金等。金属氢化物的储氢含量很高，其中MgH2的储氢量高达7.6%(质量分数)，但金属储氢自有其

8、致命的缺点，即可逆性较差。表1列出了典型氢化物及其储氢性能。按照国