新型亚稳Mg-TM储氢合金的制备及其结构与性能的关联研究

本项目拟基于密度泛函理论的第一性原理方法，采用VASP固体电子结构计算系统，开展Mg-TM(TM=Sc,Ti)体系氢化物的结构稳定性和新型储氢合金成分设计研究。利用加压保护熔炼法制备Mg-TM体系母合金，以快速凝固技术（甩带法）获得具有亚稳结构的Mg-TM合金条带。本课题将探讨合金化效应对Mg-TM体系氢化物结构的影响，阐明其结构形成和转变机制；研究Mg-TM合金制备、以及合金条带微观组织在不同凝固条件下的演化规律，探索一种制备新型Mg-TM储氢合金的新方法；探讨Mg-TM体系合金结构和储氢特性的影响机制，阐明其成分、微结构（组织形态，氢化物稳定性）、储氢性能之间的关联性。课题研究将提供Mg-TM体系氢化物结构的基础数据，并对新型轻质镁基储氢材料的制备和应用化研究具积极的推动作用。

本课题研究工作有：（1）采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，开展了Mg-TM(TM=Sc，Ti，V，Zr)、Mg-RE（RE=La，Ce）和Mg-IIA（IIA=Ca，Sr，Ba）体系氢化物的总能以及电子结构计算，探讨了金属元素掺杂对Mg合金吸放氢性能的影响；（2）采用“直接冻结声子”法对比研究了Mg2Ni和MgNi2两种合金的热力学性能，探讨了其晶格振动模式与其储氢性能之间的关系；（3）针对Ce-Mg体系三种已知立方晶系金属间化合物CeMg、CeMg2和CeMg3，进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究，对比研究了不同Mg成分比下Ce-Mg化合物不同的晶体结构、电子结构及力学性质，揭示该体系力学性质差异与其晶体结构和电子结构变化相联系的微观机制；（4）用甩带快冷技术制备Mg70(Ni3La)30和Mg70(Ni3.5La)30的非晶合金薄带(宽5 mm，厚0.2 mm)，采用X线衍射(XRD)和差示扫描量热技术(DSC)对非晶合金的结构和非晶形成能力进行研究，以2种合金的DSC曲线为基础，利用Kissinger方法、Lasocka关系以及原子团族模型等对合金的非晶形成动力学性质进行分析探讨，研究工作对Mg-Ni-La合金非晶合金成分点设计具有较好的指导作用；（5）研究了球磨工艺对Ni和Ti加入MgH2的影响，主要采用差示扫描量热技术(DSC)对2种样品的放氢热稳定性，为后续材料制备积累了经验；（6）熔炼制备Mg-TM体系储氢合金，重点解决镁易挥发、组元成分熔点差异大等技术问题，通过制备工艺调整等途径，获得组织、成分均匀的Mg-TM体系母合金；（7）基于氢气提纯、安全储运和使用，设计了一种金属氢化物储氢装置，一种配合质子交换膜燃料电池使用的固态储氢装置。分获实用新型专利授权。