AlH3与CeF3协同改性MgH2储氢性能及其作用机理研究

MgH2 possesses hydrogen storage capacity up to 7.6wt%, is a hydrogen storage material with highest reversible hydrogen storage capacity among hydrogen storage metals (alloys). However, because of its high enthalpy (about -75kJ/molH2), high thermodynamic stability, high hydriding/dehydriding temperature, and poor hydrogen absorption/desorption kinetics, MgH2 can not meet the requirements of practical application. Our pre-research results show that AlH3 and CeF3 can significantly improve the hydrogen storage performance of MgH2. Based on the previous study, in this project, we will systematically study the hydrogen absorption/desorption thermodynamic, kinetics and cycling characteristics of MgH2/AlH3 (Al), analyze the evolution of phase composition and microstructures during hydrogen absorption /desorption process, clarify the hydrogen storage mechanism of MgH2/AlH3 (Al). And study the catalytic effect and mechanism of CeF3 on the hydrogen absorption behavior of MgH2/AlH3 (Al), clarify the synergistic effect of AlH3 and CeF3 co-addition on improved hydrogen storage performance of MgH2. This work will provide a theoretical basis to further improve the comprehensive hydrogen storage performance of MgH2. The research content and research results of this project have a guiding role for the study of other hydrogen storage systems, and have important academic value and good application prospects.

MgH2储氢容量高达7.6wt%，是储氢金属(合金)中可逆储氢容量最高的储氢材料，但由于其生成焓大(约-75kJ/molH2)，稳定性高，吸放氢温度高，而且吸放氢动力学性能差，不能满足实际应用要求。申请人前期预研发现AlH3和CeF3可显著改善MgH2的储氢性能，本项目在前期研究工作的基础上，深入系统研究MgH2/AlH3(Al)体系的放氢/吸氢热力学、动力学和循环特性，研究其放氢/吸氢过程的相组成和微结构的演变规律，揭示MgH2/AlH3(Al)体系吸放氢过程机制；研究CeF3对MgH2/AlH3(Al)体系吸放氢行为的催化作用，阐明CeF3的催化机理以及AlH3和CeF3改善MgH2储氢性能的协同作用及其机制，为进一步提高MgH2综合储氢性能提供理论依据。本项目的研究内容和研究成果对于其他储氢材料体系的研究具有指导作用，具有重要的学术价值和良好的应用前景。

MgH2储氢容量高达7.6wt%，是储氢金属(合金)中可逆储氢容量最高的储氢材料，但由于其生成焓大(约-75kJ/molH2)，稳定性高，吸放氢温度高，而且吸放氢动力学性能差，不能满足实际应用要求。为了改善MgH2的储氢性能，本项目首先研究MgH2/AlH3(Al)体系的放氢/吸氢热力学、动力学和循环特性，研究其放氢/吸氢过程的相组成和微结构的演变规律，研究了MgH2/AlH3(Al)体系吸放氢过程机制；其次，研究CeF3、CeF3@CNTs和CeF3@Gn等添加剂改善MgH2的储氢性能以及相关机理；在此基础上，进一步研究了AlH3和CeF3（或CeF3@CNTs、CeF3@Gn）协同改善MgH2储氢性能的协同作用及其机制。AlH3和CeF3可以协同提高MgH2的放氢动力学性能和放氢热力学性能（放氢程度），添加CeF3可以细化MgH2的晶粒，AlH3可以使MgH2热力学上失稳，同时在动力学上促进CeF3对MgH2发挥作用。最后，还合成制备了CoB@CNTs、FeB@CNTs、CoFeB@CNTs、FeNi3@CNTs和MoSe2@FeNi3等系列复合添加剂用于改性MgH2的吸放氢性能，取得了显著的效果，并对其作用机理进行了深入研究。通过上述添加剂改性将MgH2的起始放氢温度降至168℃，开始吸氢的温度可低至16℃，20个循环后的容量保持率高达98.5%。展现了极其优异的吸放氢性能。本项目的研究内容和研究成果对进一步提高MgH2综合储氢性能具有指导作用，具有重要的学术价值和潜在的应用前景。