镁合金作为储氢材料的应用前景

镁元素是地球上储量最丰富的元素之一，在地壳表层金属矿资源中的含量为2.3%，位居常用金属的第4位。由于镁合金是工业应用中最轻的结构金属材料，其轻量化优势对于减少能源消耗，缓解日益严重的能源问题显示出巨大的应用潜力。除了轻量化这一重要特点，镁原子的特殊原子结构决定了其更多的功能特性，比如，镁是阻尼性能最优良的金属，比阻尼强度达到60%;镁的储氢能力达到7.6%，是金属中储氢能力最大的元素。

        随着传统能源的日渐枯竭，寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，逐渐引起人们的关注。氢能具有以下优点：(1)氢的燃烧产物是水，对环境不产生任何污染;(2)氢可以通过太阳能、风能等分解水而再生，是可再生能源;(3)氢的燃烧值高，每公斤氢燃烧后产生的热量约为汽油的3倍，焦炭的4.5倍;(4)氢资源丰富，可通过水、碳氢化合物等分解生成。但是，在氢能的开发利用中，氢的制备、储存和运输方面还存在着问题，尤其是氢能的存储技术已成为氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈。高性能储氢合金的研究与开发，是氢能利用领域的重要课题。

        在储氢合金中，镁基储氢合金被广泛认为是最有发展前途的储氢材料之一。镁作为储氢材料具有密度小，储氢容量高，价格低廉，储量丰富等显著特点，但镁基储氢合金也存在一些问题：(1)吸放氢条件苛刻，速度慢;(2)生成的氢化物过于稳定，吸氢动力学性能差，需要573K温度才能有效吸放氢;(3)吸放氢循环稳定性差;(4)合金电极在碱液中的耐腐蚀性差，循环寿命低。镁基储氢合金的上述缺点限制了它的实际应用。为了克服上述缺点，目前的研究正集中于以下方面：

        一.纳米化处理。纳米尺度的储氢材料显示出新的优良性能，其活化性能明显提高，具有更高的氢扩散系数，并具有优良的吸放氢动力学性能。实验表明，用机械合金化法制备出MgH2-V，合金晶粒尺寸为10～20nm，在200℃，1.0MPa氢压下，100s吸氢量达5.5%;250℃，0.015MPa下，在900s内放氢量达5.3%。值得注意的是MgH2-V在充放氢循环200次后，放氢量不但没有下降，反而有所增加。另有报道，在镁基储氢材料中添加纳米碳管，可有效提高其储氢性能。

        二.非晶化处理。与晶态合金相比，非晶态合金拥有大量长程无序和短程有序结构，为氢的扩散和占位提供了大量能垒较低的空穴，从而有利于氢的吸收和释放。实验表明，采用球磨方法制备出非晶态Mg50Ni50合金，在20mA/g的放电条件下，电容量可达到500mAh/g，远高于铸态Mg50Ni50合金的放电容量(30mAh/g)。进一步添加Ni获得的Mg2Ni+70%Ni电极容量更高，达1082mAh/g。