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《金屬儲(chǔ)氫材料和材料設(shè)計(jì)研究方案進(jìn)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、金屬儲(chǔ)氫材料與材料設(shè)計(jì)研究進(jìn)展黃維軍，材料科學(xué)與工程學(xué)院，20100108摘要基于儲(chǔ)氫材料在氫能利用中的重要作用，通過(guò)從材料結(jié)構(gòu)角度，對(duì)當(dāng)前晶態(tài)儲(chǔ)氫合金、非晶儲(chǔ)氫合金、納米儲(chǔ)氫合金三大類金屬儲(chǔ)氫材料的研究現(xiàn)狀和存在問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)和分析，探討了合金相圖和現(xiàn)代材料設(shè)計(jì)方法在金屬儲(chǔ)氫材料研究中的作用和地位。當(dāng)前研究工作表明，非平衡態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控是獲得高性能儲(chǔ)氫合金的有效途徑．基于原子尺度的材料計(jì)算與設(shè)計(jì)，對(duì)新型金屬儲(chǔ)氫合金的研究和儲(chǔ)氫機(jī)理探討具有重要作用。關(guān)鍵詞：儲(chǔ)氫合金；非晶態(tài)；合金相圖；材料設(shè)計(jì)；第一性原理Recentprogressonmetalhydridesa
2、ndtheapplicationofmodelmaterialdesignHuangWei-jun，SchoolOfMaterialsScienceAndEngineering，20100108AbstractHydrogenstoragematerialspalyimportantrolesintheapplicationofhydrogenenergy,InViewofmicro-structure,recentdevelopmentofthreetypemetal-basedmaterials(crystalline,amorphousalloy,na
3、no-sizedalloy)wasdiscussedextensivelyinthepaper,aswellasrelatedstudyofphasediagramandmaterialdesignmethodsbasedonfirst-principlecalculations.manyreportssupportedthatmetal-basedalloyswithamorphous/nanostructureshowdifferenthydrogenstoragepropertiesfromthatwithcrystalstructure,materi
4、aldesignandcalculationinatom-sizewillbenefitthedevelopmentofnewmetal-basedalloysandtheunderstandingofthemechanismofhydrogenstorageinalloys.Keywords:hydrogenstoragealloy;amorphousstructure;phasediagram;materialdesign;first-principlecalculations引言氫是高能清潔燃料，又是理想的二次能源載體[1]。隨著社會(huì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)，人
5、類對(duì)能源的需求將越來(lái)越大。以煤、石油、天然氣等為代表的化石能源是當(dāng)前的主要能源，但化石能源屬不可再生資源，儲(chǔ)量有限，而且化石能源的大量使用，還造成了越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。因此，可持續(xù)發(fā)展的壓力迫使人類去尋找更為清潔的新型能源。氫能作為一種高能量密度、清潔的綠色新能源，氫能的如何有效利用便引起了人們的廣泛研究。然而，目前看來(lái)，由于缺少有效的儲(chǔ)氫技術(shù)，阻礙了氫能的廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的液態(tài)、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫既不經(jīng)濟(jì)也不安全，而金屬基儲(chǔ)氫合金(金屬氫化物)的出現(xiàn)為氫的存儲(chǔ)開(kāi)辟了一條新的途徑。金屬基儲(chǔ)氫合金具有儲(chǔ)氫體積密度大、安全、儲(chǔ)運(yùn)方便等特點(diǎn)，成為當(dāng)前金屬基功能材料研
6、究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一。金屬儲(chǔ)氫材料按材料結(jié)構(gòu)可分為晶態(tài)儲(chǔ)氫合金、非晶態(tài)合金、納米儲(chǔ)氫合金。儲(chǔ)氫合金非晶化、納米化后儲(chǔ)氫性能發(fā)生顯著改變，出現(xiàn)新性能和新現(xiàn)象[2]，這些為新型高性能儲(chǔ)氫材料的研究提供了新思路。本文基于儲(chǔ)氫材料結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合相圖和現(xiàn)代材料設(shè)計(jì)的應(yīng)用，對(duì)當(dāng)前金屬儲(chǔ)氫材料的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)和分析，并對(duì)研究中存在的關(guān)鍵問(wèn)題和熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了討論。1金屬儲(chǔ)氫材料1.1儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫合金按氫的結(jié)合方式可分為兩大類：一類是合金氫化物材料，另一類是金屬配位氫化物材料。迄今為止，趨于成熟和具備使用價(jià)值的儲(chǔ)氫合金主要有稀土系、鎂系、鈦鋯系及釩系等幾大系列[3]，其
7、開(kāi)發(fā)已有很長(zhǎng)的歷史，為滿足各種性能的要求，人們已經(jīng)在二元合金的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出三元、四元乃至多元合金，其研究進(jìn)展已有不少報(bào)道，總體而言，室溫下容易放氫的儲(chǔ)氫合金，可逆質(zhì)量氫密度不超過(guò)2%，主要應(yīng)用于鎳氫電池，難以滿足燃料電池電動(dòng)車(chē)及其它新的應(yīng)用，儲(chǔ)氫合金的非晶化、納米化成為將來(lái)研究的重點(diǎn)。金屬配位氫化物是現(xiàn)有儲(chǔ)氫材料中體積和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫量最高的金屬儲(chǔ)氫材料。金屬配位氫化物的缺點(diǎn)主要有：(1)配位氫化物主要采用機(jī)械球磨和有機(jī)液相反應(yīng)合成，合金產(chǎn)物的純度很難保證，最高只能達(dá)到90%～95%；(2)放氫動(dòng)力學(xué)和可逆吸放氫性能差；(3)配位氫化物多步吸放氫使實(shí)際儲(chǔ)氫量和理
8、論儲(chǔ)氫量有較大差異，解決這些問(wèn)題的辦法一般是加入合適
