[00370278]轻金属-稀土-钛-镍基新能源材料高效储氢与二次电源关键技术研究

该项目来源于广西自然科学基金重点项目：轻金属-稀土-钛-镍基新能源材料高效储氢与二次电源关键技术研究（2010GXNSFD013004）。该课题以轻金属-稀土-钛-镍基合金为基础，进行清洁能源材料优化设计、制备，探讨解决材料高效储氢、储能及循环稳定性的有效途径，提升高能化学电源的容量与寿命，以满足高性能电动车等对化学电源的迫切要求。以具有高储氢容量、在温和条件下可逆吸放氢和良好的吸放氢动力学性能为目标，制备具有多相结构的轻金属-稀土-钛-镍基合金及其复合储氢合金；进行合金微观组织结构的表征，研究合金的微观结构对储氢性能的影响机制，探索通过制备工艺改进调变合金微结构改善储氢性能的途径；开展轻金属-稀土-钛-镍基合金储氢性能研究，改善电极的电化学性能，为新型储氢合金研发奠定基础理论及实验基础，制备出新型清洁动力电池材料。开展可逆储氢研究，为解决能量的高效储存与转换提供新方法；将合金的微结构分析与第一原理密度泛函理论研究结合，为设计和制备新一代储氢合金提供理论依据。高容量、长寿命轻金属(L=Mg、Ca、Li)-稀土(R)-钛(Ti)-镍(Ni)基储氢合金制备，研究制备工艺、合金形态及组成元素对储氢和电化学性能的影响。通过真空熔炼、粉末烧结、高能球磨及其复合等方法并经适当的热处理方式，制备具有纳米晶、微晶、非晶等特殊微观结构和具有Mg<,2>Ni、Ce<,2>Ni<,7>、PuNi<,3>和CaCu<,5>多相结构的（L-R-Ti-Ni）系储氢材料，测试其储氢容量和动力学、电化学性能；将不同类型的储氢合金复合，制备具有“1+1＞2”效应的复合储氢材料。通过固相反应研究合金微观组织结构对储氢性能特别是储氢容量及其容量衰减的影响机制，研究合金元素及不同制备技术对合金表面特性的影响以及合金表面结构与合金性能关系，探索调控合金组织结构的制备和热处理工艺，研究合金复合方式、组成元素和催化剂（起催化作用的元素）的选取与添加方式对合金吸放氢循环稳定性、吸放氢动力学性能、容量及其衰减的影响机制，筛选储氢性能优良的合金类型。利用开口三电极或模拟电池法测试合金电极的电化学性能（包括初始活化性能、放电容量、放电电压特性、高倍率放电特性、交流阻抗和充放电循环特性等），研究合金电极电化学循环稳定性及放电容量保持率、充放电的电极动力学过程；探索表面包覆提高合金的抗腐蚀能力、增加合金电极的导电性能和电催化活性的作用。L-R-Ti-Ni系储氢合金及电极的组织结构表征，研究材料组织结构与储氢性能的相关性。利用X-射线衍射（XRD）、扫描电镜(SEM)进行合金吸氢前后的相结构和表面形态分析，研究合金成分和凝固组织等对包晶反应等温转变的相组成、相丰度、相结构和晶胞参数的影响规律，研究吸氢前后合金相结构的变化以及相结构与储氢性能的相关性。结合合金的P-C-T性能测试，进行合金固态吸放氢以及活化过程的热分析（如TG、DSC等），研究合金吸放氢热力学和动力学特性等，并结合分子动力学模拟进行合金中氢的动力学扩散机制的研究和扩散激活能、扩散系数的计算，揭示材料的多元化、复合化、组织结构与吸放氢性能的关系规律。用电化学交流阻抗谱法、线性极化法、阳极极化法和循环伏安法研究电极抗腐蚀行为，并通过SEM观察腐蚀形貌，分析了解合金电极在电化学循环过程中的失效机理。（L-R-Ti-Ni）合金及电极高效储氢机理与多因子综合优化设计。利用第一原理密度泛函理论，研究合金组元®形成合金®吸氢、放氢过程中电子态的变化、电荷转移、成键及键能变化，电子结构特征与合金储氢性能的关系，氢原子与合金元素的成键方式，合金中氢化物形成元素与非形成元素的作用机理。进行储氢合金中氢扩散机制的分子动力学计算模拟，了解合金元素电子价态对储氢气固反应动力学性能的影响机制。项目研究以论文形式在国内外学术刊物上发表了18篇论文，所发表论文中有10篇被SCI收录。