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201214760216

木虫 (著名写手)

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[交流] 等离子体球磨促进Mg-Ga合金化并研究其相变和储氢性能

今天分享储氢合金的文章，依然是发不了图片，需要原文的可以私信我邮箱并发布220914

一句话了解全文
利用等离子球磨技术促Mg-Ga使合金化从而改变反应途径。由于在573K下Ga在Mg中的固溶度为5wt％，因此设计了在较高温度下制备Mg（Ga）固溶体的方法。Mg-Ga合金的可逆储氢能力为5.7wt％H2。在Mg-Ga合金的脱氢过程中，Mg2Ga与MgH2反应，最初释放H2并形成Mg5Ga2。随后，MgH2分解为Mg，并进一步释放H2。

DBDP促进粉末合金化

介质阻挡放电等离子体（DBDP）辅助球磨是一种特殊的球磨，其中，被绝缘介质覆盖的辅助电极位于球磨罐的中心。在球磨过程中，向电极和罐壁之间的空间施加高压，以使大气电离并产生等离子体。与传统球磨相比，DBDP辅助球磨是一种更有效的粉末破碎和合金化方法，因为它在球磨过程中会产生额外的热爆炸和高能电子对粉末的冲击作用。

Mg-Ga合金在（脱氢）过程中的相变

图1 (a)介质阻挡放电等离子体(DBDP)8 h，(b)氢化和(c)脱氢Mg-Ga合金的X射线衍射(XRD)图

图1显示了DBDP-8 h，氢化和脱氢Mg-Ga合金的XRD图谱。在氢化之前，将样品在623 K活化几次。如图1（a）所示，经过DBDP辅助球磨8小时后，Mg-Ga合金主要由MgH2和Mg5Ga2组成，并含有少量Mg。在DBDP辅助球磨过程中，由于引入了Mg5Ga2化合物，MgH2的分解可能源自MgH2的分解。随后，样品在6 MPa和623 K下氢化。氢化样品主要由MgH2，Mg2Ga和Mg5Ga2相组成。该结果表明，Mg5Ga2相与氢反应，生成MgH2和Mg2Ga。反应可以表示如下：
Mg5Ga2+H2→2Mg2Ga+MgH2

图2 (a)熔融态，(b)氢化和(c)脱氢的Mg5Ga2化合物的XRD图。

为了确认Mg-Ga合金在加氢和脱氢过程中Mg5Ga2化合物的相变，研究了相对纯净的Mg5Ga2化合物的相变。图2显示了熔融，氢化和脱氢的Mg5Ga2化合物的XRD图。刚熔化的Mg5Ga2样品由Mg5Ga2和少量的Mg2Ga相组成。由于Mg5Ga2化合物无法在643K和5MPa H2压力下完全氢化，因此本文中的Mg5Ga2化合物在663K和6MPa H2压力下被氢化。这些结果表明，Mg5Ga2化合物的吸收解吸过程是可逆的。

镁镓合金的热力学性质

图3 在不同温度(a)下测得的压力-组成-等温线(PCI)曲线以及Mg-Ga合金的相应的van't Hoff曲线(b)

为了研究Mg-Ga合金的热力学性质，在不同温度（598 K，623 K和648 K）下测量了PCI曲线，还绘制了Mg-Ga合金的van't Hoff图。当温度升高时，脱氢平稳期压力也增加，同时脱氢滞后显着改善。根据PCI曲线，Mg-Ga合金可以吸收6.2 wt％的H2和释放5.7 wt％的H2。由于样品动力学性能差和测量间隔，在598 K处测得的曲线波动较大。

显然，在脱氢过程中有两个平台。高平稳区仅对应于0.2wt％的H2，而低平稳区对应于5.2wt％的H2。Mg-Ga合金的整个脱氢过程需要两个步骤。第一个脱氢步骤对应于Mg2Ga和MgH2之间的反应，随后形成Mg5Ga2和释放氢；低平台的第二步对应于将MgH2分解为Mg，并随后释放大量H2。将Mg5Ga2引入镁中显着增加了脱氢平衡平台压力，因此显然使脱氢过程不稳定。该发现证明了通过适当的合金化改变镁的性质的可能性，并且提供了一种新的方法来实现对基于镁的储氢合金的热力学性质的有效修改。

结论

Mg5Ga2化合物的（脱）加氢过程是可逆的。Mg-Ga氢化物的脱氢过程包括两个步骤：第一步是Mg2Ga与MgH2反应形成Mg5Ga2并释放H2。第二步是将MgH2分解为Mg和H2。第一步中的反应促进了整个脱氢过程，从而降低了脱氢焓。Mg-Ga合金的脱氢焓和活化能分别为68.7 kJ / mol H2和149kJ/mol。与77.1kJ/mol H2的纯Mg焓相比，可以得出结论Mg-Ga合金具有更好的储氢性能。

上述研究成果来自于：
Phase transition and hydrogen storage properties of Mg–Ga alloy[J]. Journal of Alloys & Compounds, 2015, 642:180-184.

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