电沉积纳米Mg-Al储氢合金的成核机理及储氢性能研究

氢存储技术是氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈。储氢材料的开发是解决氢存储技术难题的关键。纳米Mg-Al合金微观组织结构和成分对储氢性能影响很大，然而研究较少。本研究采用电沉积法制备纳米Mg-Al储氢合金，利用电化学手段分析合金的成核和成长过程与影响因素，建立成核模型，探索共沉积机理。采用透射电镜和X射线物相分析仪等研究合金微观组织结构和成分对储氢性能的影响，目的是提高氢化反应的热力学和动力学性能。重点研究合金成核机理与微观组织结构和成分对储氢性能的影响规律。需要解决的关键问题包括：(1)合金成核和成长过程影响因素集合的确定；(2)建立纳米Mg-Al合金的成核模型；(3)发现合金微观组织结构和成分对吸放氢的影响规律；(4)以成核机理为依据的电化学沉积法的探索。本研究不仅可以通过成核机理掌握合金的微观组织结构和成分，提高合金的储氢性能，而且对新型无污染氢能源的开发和利用具有重要意义。

氢存储技术是氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈。储氢材料的开发是解决氢存储技术难题的关键。本项目电沉积Mg-Al储氢合金的成核机理及储氢性能研究，采用电沉积法室温制备Mg-Al合金，利用电化学手段分析了合金的成核和成长过程与影响因素，采用扫描电镜和X射线物相分析仪等研究了合金微观组织结构和成分，利用PCT测试其储氢性能，目的是提高氢化反应的热力学和动力学性能。重点研究了合金成核机理与微观组织结构和成分的影响因素及微观组织结构和成分对储氢性能的影响规律。课题首先采用镁作阳极，室温电沉积制备Mg-Al，通过预电沉积获得一定浓度的镁离子，从而取代氯化镁，解决了由于氯化镁黏度大，在室温下电解质的导电性差的问题。接着围绕电沉积法制备Mg-Al合金的影响因素、成核机理和储氢性能这些重要问题，从沉积参数、成核和成长过程及微观组织结构和成分与气态储氢性能的关系等方面展开了研究，确定了合金成核和成长过程影响因素集合，探讨了电沉积制备Mg-Al合金的成核和共沉积机理，把电化学沉积法建立在合金成核机理之上，控制合金晶核的成核和成长过程，使获得的合金微观组织结构和相成分有利于Mg-Al合金性能的提高。最后确定了最佳电沉积条件和电沉积参数对Mg-Al合金微观组织结构和成分的影响规律，及Mg-Al合金微观组织结构和成分对吸放氢的影响，明确进一步提高镀层中Mg的含量，以增强镀层的储氢性能。本项目通过成核机理掌握合金的微观组织结构和成分，提高合金的储氢性能，对新型无污染氢能源的开发和利用具有重要意义。项目的成果拓展了以成核机理为依据的电化学沉积法的现有研究领域，并为实现以成核机理为依据的电化学沉积法的应用提供依据。