非晶纳米化制备Mg储氢合金晶粒细化及力学性能改善机理

发布日期：2024-11-25 浏览次数：2684

氢因其高能量密度和清洁的特性被认为是最具吸引力的可再生能源之一。作为整个氢价值链的一部分，氢储存技术是影响氢能实际应用的关键因素。根据所采用的具体储氢介质的不同，氢可以以气态、液态和固态的形式储存。金属氢化物具有显著的储氢能力、高的体积能量密度和优良的安全性。长期以来，它们一直被认为是固态储氢的一种很有前途的途径包括AB5、AB、AB2、A2B、固溶体和Mg基合金在内的几种金属体系已经被证明和报道为固态储氢材料。尽管有许多研究针对非晶Mg-RE基合金的纳米化，但重点主要集中在纳米结构对储氢性能的影响上。同时，化学成分与结晶微观结构之间的相互关系，以及加氢/脱氢循环过程中微观结构的演变，仍需深入研究。基于此，来自怀卡托大学F.Yang团队采用熔体纺丝法制备了一组非晶Mgx(Ni0.8La0.2)100-x(x=60,70,80)，然后通过退火结晶获得纳米晶结构。研究了材料的微观结构特征，如晶粒尺寸和相组成，并研究了材料的储氢性能。还讨论了化学成分和相变对结晶合金微观组织特征的影响，从动力学和热力学两个方面提出了见解。相关研究成果以“Mechanisms of grain refinement and improved kinetic property of nanocrystalline Mg-Ni-La hydrogen storage alloys prepared by nanocrystallization of amorphous”为题在Journal of Magnesium and Alloys上发表。

研究人员通过非晶合金的晶化制备了Mgx(Ni0.8La0.2)100-x，其中x=60、70、80，具有纳米晶结构。研究内容包括相组成、晶粒尺寸、显微组织稳定性和储氢性能。结晶动力学和原位高能XRD表征表明，随着La和Ni含量的增加，Mg2Ni和RE-Mg-Ni三元相集中同步结晶。根据热力学Miedema模型，发现同步结晶过程是由于Mg2Ni和RE-Mg-Ni三元相的密切局部亲和力造成的。通过边缘匹配模型预测和实验观察，验证了Mg2Ni、LaMg2Ni和LaMgNi4之间极有可能存在良好匹配的相结构，从而产生了显著的二次相钉住效应。细而均匀的微观结构是快速结晶动力学和二次相钉钉效应的结果。晶粒细化和优异的显微组织稳定性提高了活化性能和循环稳定性。该项研究揭示了在非晶化路线中，由相组成和结晶动力学定制的纳米晶微观结构的晶粒细化机制。该项研究还展示了由相平衡和晶体学预测指导的材料设计的潜力，以改善具有优异微观结构稳定性的纳米晶体。

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