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Li-Mg-N-H体系储氢材料的研究进展

中国材料进展 2023年第2期42卷 114-127,134页

作者：蔡明源李超张丽娉姚振东范美强中国计量大学材料与化学学院浙江杭州310018

以Mg(NH_(2))_(2)-2LiH为代表的Li-Mg-N-H体系储氢材料因其储氢容量高、吸放氢可逆、热力学性能较为适宜等优势,被认为是目前最有望实现车载实用化的固态储氢材料之一。该体系的最大问题是吸放氢反应的动力学壁垒较高。综述了Li-Mg-N-H... 详细信息

以Mg(NH_(2))_(2)-2LiH为代表的Li-Mg-N-H体系储氢材料因其储氢容量高、吸放氢可逆、热力学性能较为适宜等优势,被认为是目前最有望实现车载实用化的固态储氢材料之一。该体系的最大问题是吸放氢反应的动力学壁垒较高。综述了Li-Mg-N-H体系主要的成分体系及储氢性能、储氢性能的改善和规模化应用探索等相关研究进展。Li-Mg-N-H体系储氢性能改善的策略主要为材料纳米化和催化改性,其中有效的催化改性剂包括碱金属基化合物(不含硼氢化物)、金属硼氢化物、过渡金属及其化合物、碳材料等。最后,讨论了该体系实现车载实用化需要重点关注的研究方向。

关键词：储氢材料 Li-Mg-N-H体系氨基物亚氨基物氢化物

具有优越镍-锌电池性能的低结晶镍钴氢氧化物

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Science China Materials 2023年第1期66卷 97-105页

作者：杨春彭芝维赵青雨刘睿贠土林张志强范美强曹海杰陈海潮 Institute of Materials for Energy and Environment School of Materials Science and EngineeringQingdao UniversityQingdao 266071China College of Materials Science&Engineering China Jiliang UniversityHangzhou 310018China

因具有大量的晶界和离子扩散通道,低结晶度的电极活性材料有望在储能领域中实现更好的性能.然而在大多数应用中通常是结晶良好的样品具有更好的稳定性,稳定性较差限制了低结晶样品在相关研究领域的应用.本文利用一种溶剂热法调控N-甲基... 详细信息

因具有大量的晶界和离子扩散通道,低结晶度的电极活性材料有望在储能领域中实现更好的性能.然而在大多数应用中通常是结晶良好的样品具有更好的稳定性,稳定性较差限制了低结晶样品在相关研究领域的应用.本文利用一种溶剂热法调控N-甲基吡咯烷酮和水混合溶剂的体积比以合成低结晶度的镍钴氢氧化物(NiCo-OH-L).研究发现,将合成的镍钴氢氧化物用作镍-锌电池正极时,NiCo-OH-L不仅表现出与高结晶度的同类样品相当的循环稳定性能,而且在1-50 A g^(-1)的电流范围内显示出更高的容量以及容量保持率.其优异的电化学性能可归因于低结晶的结构,显著提高的比表面积和降低的电荷转移电阻.此外,NiCo-OH-L的钴组分进一步提高了倍率和循环稳定性能.NiCo-OH-L在1 A g^(-1)时的比容量达到238.9 mA h g^(-1),当电流密度升至50 A g^(-1)时的容量仍有116.4 mA h g^(-1),显示出高容量和高倍率性能.不仅如此,由NiCo-OH-L组装成的镍-锌电池在不同的电流和循环周期下也表现出较高的性能.

关键词：高倍率性能电流范围电极活性材料锌电池循环周期电化学性能离子扩散混合溶剂

金属Ni掺杂催化AlLi/NaBH_4混合体系水解析氢(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2012年第5期22卷 1140-1145页

作者：刘姝王亮亮姚钧孙文强范美强中国计量学院材料科学与工程学院杭州310018

采用机械球磨法制备AlLi/NaBH4/Ni混合体系。水解测试分析表明,固态Al-Li-Ni/NaBH4混合物具有良好的析氢性能。Al-10%Li-10%Ni/NaBH4(质量比为3:1)混合物在333K时的产氢值达1540mL/g,产氢效率为96%。通过XRD、SEM等分析Ni掺杂改善其水... 详细信息

采用机械球磨法制备AlLi/NaBH4/Ni混合体系。水解测试分析表明,固态Al-Li-Ni/NaBH4混合物具有良好的析氢性能。Al-10%Li-10%Ni/NaBH4(质量比为3:1)混合物在333K时的产氢值达1540mL/g,产氢效率为96%。通过XRD、SEM等分析Ni掺杂改善其水解析氢机制,金属Ni的产物Ni2B对Al合金和NaBH4的水解具有双重催化作用。Ni2B沉积在Al表面可作为微型腐蚀电池的阴极并促进铝的阳极腐蚀。另外,Ni2B/Al(OH)3对NaBH4的水解动力学具有很好的催化作用。连续水解测试结果显示:水解产物Al(OH)3/NaBO2·2H2O具有稳定的pH值,Al-Li-Ni/NaBH4混合物具有很好的水解动力学。

关键词：水解析氢铝锂合金硼氢化钠镍

铝水推进剂用高活性铝基燃料制备及水解性能研究

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固体火箭技术 2010年第1期33卷 68-71页

作者：范美强孙立贤徐芬中国科学院大连化物所大连116023 中国计量学院杭州310018

采用机械球磨法制备了一系列高活性铝基燃料,并通过XRD、SEM和水解性能测试考察了盐和氢化物掺杂对铝合金性能的影响。结果表明,氢化物(盐)的加入明显改善了铝合金水解性能。以Al-10%Bi-10%MgH2合金水解为例,1 g该合金水解产生783 ml/g... 详细信息

采用机械球磨法制备了一系列高活性铝基燃料,并通过XRD、SEM和水解性能测试考察了盐和氢化物掺杂对铝合金性能的影响。结果表明,氢化物(盐)的加入明显改善了铝合金水解性能。以Al-10%Bi-10%MgH2合金水解为例,1 g该合金水解产生783 ml/g氢气(不包含0.1 g的MgH2水解产生的167 ml氢气),氢气生成速率为78.3 ml/(min.g),远远超过Al-16%Bi合金氢气产量(670 ml/g)和氢气生成速率(23 ml/(min.g))。氢化物(盐)的作用在于:(1)在球磨过程中,氢化物(盐)有利于减小铝基燃料的粒径;(2)氢化物(盐)溶解产生的热量有利于改善铝基燃料的水解动力学;(3)氢化物(盐)溶解产生大量的导电性离子,促进了铝基燃料在水中迅速形成微型腐蚀电池,并加快微型腐蚀电池工作。

关键词：铝基燃料水解性能氢化物氯盐

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高功率Ni/MH电池充放电特性研究

高功率Ni/MH电池充放电特性研究

作者：范美强江西师范大学

学位级别：硕士

高功率Ni-MH电池在混合电动车和电动工具领域具有良好的应用前景。研究不同条件下Ni-MH电池的充放电特性是改善高功率Ni-MH电池的技术关键,具有重大的理论意义和商业价值。本文分析成品电池的大电流充电终点判剧,确定了温升速率值为0.3-... 详细信息

高功率Ni-MH电池在混合电动车和电动工具领域具有良好的应用前景。研究不同条件下Ni-MH电池的充放电特性是改善高功率Ni-MH电池的技术关键,具有重大的理论意义和商业价值。本文分析成品电池的大电流充电终点判剧,确定了温升速率值为0.3-0.5度/分钟为充电终止标准。在此条件下,进行大电流充电研究,3C(240A)在不同SOC下,电池的能量效率达到95.64%,完全满足混合电动汽车对镍氢电池的性能要求。通过内插值法,仿真模拟电池放电曲线,与实际测量值相比,曲线基本稳合,但在放电末期,模拟值与实际测量值有一定的偏差。本文修改了Peukert方程。对80Ah和100 Ah高功率动力镍氢电池米说.n值可取1.0.相应的k值为81.25和99.73,Peukert修改方程为,It=81.25.It=99.73。在不同荷电状态下,采用瞬间充放电法,计算电池内阻,发现在充放电过程中,电池内阻呈现“两头大,中间小”的规律,确定了镍氢电池在荷电状态为0.2-0.8时,电池内阻小,可以大电流充放电,该结论具有一定的实际应用价值。结合实验室已有的经验,利用内阻法,容量法,特性曲线法相结合.进行电池分选,电池组单体一致性提高,即使在大电流240A放电过程中,单体电池相互间最大电压差为20mV电池容量最一致性良好,温度的差异性也仅有1.352℃. 对高功率镍氢电池性能测试,电池循环200周期,电池容量未出现衰退。分析电池自放电的影响因素发现,在常温和低温电池自放电较低,而在高温,电池自放电率高;并且电池荷电状态越高,电池自放电率越大;电池在搁置初期自放电率高,但随着时间延长,自放电率降低。镍氢电池在破坏性短路实验中,电池电流达到1700A,但电池未出现爆炸,在高温70度搁置,也为出现爆炸现象,进一步说明了镍氢电池安全可靠,在电动汽车上具有良好的应用前景。

关键词：高功率Ni-MH电池充放电性能一致性自放电性能

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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铝-碱溶液水解制氢技术研究

电源技术 2009年第6期33卷 493-496页

作者：范美强徐芬孙立贤中国科学院大连化学物理所辽宁大连116023 中国科学院研究生院北京100039

考察了铝粒径、碱浓度、温度、球磨时间以及添加剂等因素对铝粉水解性能的影响,并通过水解实验和扫描电镜分析。实验结果表明,铝粒径的减小、碱浓度和温度的增加、球磨时间的延长以及添加剂的加入提高了铝粉在碱溶液的水解速率。例如:铝... 详细信息

考察了铝粒径、碱浓度、温度、球磨时间以及添加剂等因素对铝粉水解性能的影响,并通过水解实验和扫描电镜分析。实验结果表明,铝粒径的减小、碱浓度和温度的增加、球磨时间的延长以及添加剂的加入提高了铝粉在碱溶液的水解速率。例如:铝-10%(质量分数)盐混合物球磨后,铝粉的水解速率由球磨前的136mL/(min·g)增加到604mL/(min·g)。采用铝-碱溶液制氢,可为燃料电池提供不含有毒气体的氢气,实现现场制氢、供氢,有效解决氢气储存问题。

关键词：铝粉高能球磨碱溶液

Li-Mg-N-H体系储氢材料的热力学和动力学调控

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化学进展 2016年第12期28卷 1788-1797页

作者：李超范美强陈海潮陈达田光磊舒康颖中国计量大学材料科学与工程学院杭州310018 浙江大学硅材料国家重点实验室杭州310027

Mg(NH_2)_2-2LiH体系储氢材料具有较高的储氢容量和较适宜的热力学性能,并且其吸放氢过程完全可逆,是目前最有望实现大规模应用的固态储氢材料之一。然而,由于该体系在吸放氢过程中具有较高的动力学壁垒,导致其在200℃以上才能实现快速... 详细信息

Mg(NH_2)_2-2LiH体系储氢材料具有较高的储氢容量和较适宜的热力学性能,并且其吸放氢过程完全可逆,是目前最有望实现大规模应用的固态储氢材料之一。然而,由于该体系在吸放氢过程中具有较高的动力学壁垒,导致其在200℃以上才能实现快速地吸放氢。因此,国际上对该体系储氢材料的研究主要集中在热力学和动力学的调控方面。本文从成分调变、纳米化和掺杂改性等方面,详细综述了Mg(NH_2)_2-2LiH体系储氢材料热力学和动力学调控的研究现状,并提出了其中存在的问题和相应对策,同时指出了将来的研究方向。

关键词：储氢材料热力学动力学氨基物氢化物性能调控

添加叔丁醇钾对Mg(NH_(2))_(2)‑2LiH体系储氢性能的影响

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无机化学学报 2021年第6期37卷 1097-1105页

作者：冯文钦李超刘凯元蔡明源范美强中国计量大学材料与化学学院杭州310018 硅材料国家重点实验室浙江大学材料科学与工程学院杭州310027

叔丁醇钾(C_(4)H_(9)OK)的添加显著改善了Mg(NH_(2))_(2)‑2LiH体系的储氢性能。添加0.08 mol C_(4)H_(9)OK的Mg(NH_(2))_(2)‑2LiH‑0.08C_(4)H_(9)OK样品表现出最佳储氢性能。该样品的起始放氢温度仅为70℃,较Mg(NH_(2))_(2)‑2LiH原始样品降低了60℃;130℃完全放氢后,该样品可在50℃开始吸氢,较原始样品降低了50℃。Mg(NH_(2))_(2)‑2LiH‑0.08C_(4)H_(9)OK样品可在150℃的等温条件下50 min内迅速放出质量分数3.82%的氢气,完全放氢后可在120℃的等温条件下50 min内快速吸收质量分数4.11%的氢气,表现出良好的吸放氢动力学性能。C_(4)H_(9)OK的添加降低了样品放氢反应的表观活化能和反应焓变,改善了放氢反应的动力学和热力学性能,从而降低了放氢反应温度。进一步的放氢反应机理研究发现,在180℃之前,C_(4)H_(9)OK对Mg(NH_(2))_(2)‑2LiH体系的放氢起催化改性作用;温度继续升高后,C_(4)H_(9)OK将会分解并参与放氢反应最终生成Li_(3)K(NH_(2))_(4)。

关键词：储氢材料氨基物叔丁醇钾动力学催化改性反应机理

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铝汞合金体系常温水解制氢技术

电源技术 2009年第8期33卷 683-686页

作者：范美强徐芬孙立贤中国科学院大连化学物理研究所辽宁大连116023 中国计量学院浙江杭州310018

利用机械混合法制备了铝汞合金体系。该类合金具有很强的化学活性,在常温下与水反应迅速生成氢气,氢气产量接近理论值。如Al-5%Hg合金水解产生1175mL/g氢气,氢气产率为99%。考察了添加剂(Zn、NaCl)及球磨时间对铝-汞合金化学活性的影响... 详细信息

利用机械混合法制备了铝汞合金体系。该类合金具有很强的化学活性,在常温下与水反应迅速生成氢气,氢气产量接近理论值。如Al-5%Hg合金水解产生1175mL/g氢气,氢气产率为99%。考察了添加剂(Zn、NaCl)及球磨时间对铝-汞合金化学活性的影响。结果表明:锌部分取代汞,使铝汞合金的活性降低,且随Al-Hg-Zn合金中锌含量的增加,合金水解产氢气量降低,由1059mL/g(Al-9%Hg-1%Zn)降到427mL/g(Al-5%Hg-5%Zn);但盐的加入,迅速加快了合金水解速率,从238mL/(min·g)(Al-10%Hg)增加到457mL/(min·g)(Al-5%Hg-5%NaCl)]。以Al-9%Hg-1%NaCl合金为研究对象,球磨时间由1h延长到2h,其Al-9%Hg-1%NaCl合金的水解速率有所提高,但进一步延长球磨时间,反而降低了铝合金的活性,表明球磨时间对铝汞合金的性能有一定的影响。

关键词：铝-汞合金活化球磨