理论教育 氢能非晶态化吸收机理:研究成果

氢能非晶态化吸收机理:研究成果

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:吸氢量在Laves结构GdFe2氢化物时为最大,非晶态后氢气有较大的溢出,以后随着温度的增加缓慢下降。图17-25 GdFe2在1MPa H2的气氛下的DTA以及吸氢量的变化非晶态化转变温度比GdFe2的氢气固溶温度高,这说明a-GdFe2Hx比c-GdFe2Hx热力学上更稳定,这是氢气吸收非晶态化的热力学原因。

氢能非晶态化吸收机理:研究成果

图17-25是GdFe2在1MPa的氢气气氛下的DTA曲线以及加热到不同温度时的吸氢量。DTA曲线上有4个发热峰,XRD结果显示第一个峰是氢气的固溶吸收;第二个峰是Laves结构GdFe2氢化物(c-GdFe2Hx)转变成为非晶结构的氢化物(a-GdFe2Hx);第三个峰是非晶态相结晶化,分解成GdH2和Fe两相,第四个峰是结晶相的颗粒长大。吸氢量在Laves结构GdFe2氢化物时为最大,非晶态后氢气有较大的溢出,以后随着温度的增加缓慢下降。

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图17-25 GdFe2在1MPa H2的气氛下的DTA以及吸氢量的变化

非晶态化转变温度比GdFe2的氢气固溶温度高,这说明a-GdFe2Hx比c-GdFe2Hx力学上更稳定,这是氢气吸收非晶态化的热力学原因。导致a-GdFe2Hx比cGdFe2Hx更稳定的原因与氢在两种状态下所处的环境不同有关。图17-26是C15型Laves相晶体结构图,氢固溶时可以占据的四面体仅有4Fe,3Fe+1 Gd,2 Fe+2 Gd的3种四面体,都不是最稳定的位置。而在a-GdFe2Hx中,由于金属原子的排列没有限制,所以可以有如图所示4Fe、3Fe+1 Gd、2 Fe+2 Gd、1Fe+3Gd和4Gd5种四面体。

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图17-26 C15 Laves相的GdFe2晶体结构和四面体间隙种类以及非晶态中的四面体种类

图17-27是根据Miedema模型计算的氢占住不同四面体时的GdFe2体系中的焓随氢浓度的变化。Gd多的四面体的氢化焓低,热力学稳定。α-GdFe2Hx中的3种四面体都不是最稳定的位置,而α-GdFe2Hx中氢可以优先占住最稳定的1Fe+3Gd和4Gd四面体,从而降低了体系的焓值。实际情况下,氢不是单一占住一种四面体,而是多种,但是α-GdFe2Hx中可以有更多的氢占住稳定的四面体位置。

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图17-27 利用Miedema的模型计算的氢占据GeFe2中不同四面体间隙时的吸氢焓变

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