天然鈦鐵礦原位合成FeTi貯氫合金的研究.pdf

1、FeTi系貯氫合金因具有貯氫量大、價(jià)格便宜等優(yōu)異性能而成為一類最具開發(fā)潛質(zhì)的貯氫材料之一。目前常規(guī)的機(jī)械合金化法和熔煉法制備的FeTi系貯氫合金的成本高昂，且對設(shè)備的要求比較高，限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。因此，探索一條低成本制備高性能FeTi系貯氫材料的新途徑，對推廣其應(yīng)用具有重要意義。 本研究結(jié)合我國廣西區(qū)豐富的鈦鐵礦資源優(yōu)勢，首次以天然鈦鐵礦(主要成分FeTiO3)為主要原料，用氫化鈣、鎂粉等做還原劑，利用原位合成技術(shù)，成功制

2、備了FeTi相含量較高的貯氫合金。通過應(yīng)用綜合熱分析(DSC—TG)、X射線衍射分析、掃描電子顯微鏡、微區(qū)能譜分析等現(xiàn)代分析技術(shù)并結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算，探討了鈦鐵礦—CaH2/Mg體系的制備FeTi合金反應(yīng)過程機(jī)理：鈦鐵礦在被還原過程中，F(xiàn)e2O3較TiO2被優(yōu)先還原，還原反應(yīng)充分完成后最終穩(wěn)定態(tài)產(chǎn)物為Fe2Ti，利用自蔓延快速冷卻的特點(diǎn)，得到熱力學(xué)狀態(tài)處于介穩(wěn)態(tài)的中間相FeTi。 通過大量實(shí)驗(yàn)論證，采用氫化鈣作還原劑，利用自蔓延高溫

3、合成技術(shù)，在0.3Mpa的Ar氣氛保護(hù)下，在最佳原料配比n(FeTiO3)：n(CaH2)=1:5.5時(shí)，隨著成型壓力的增加，加大了反應(yīng)物之間的致密性，使得FeTiO3和CaH2接觸更充分，從而加快了反應(yīng)速度，有助于反應(yīng)的充分完成。合成制備并經(jīng)過0.6％醋酸充分酸洗水洗后得到的FeTi貯氫合金含量最高，達(dá)到98％以上，合金表面呈現(xiàn)有助于提高貯氫性能的多孔形貌。貯氫量H/M可達(dá)0.65，電化學(xué)性能良好，最大電容量可達(dá)45.51mAh/g。

4、 對采用管式爐不同工藝條件下制得的產(chǎn)物物相及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析，獲得規(guī)律為：在氬氣流量為80mL/min，合成溫度為1000℃，恒溫4h時(shí)，可以成功獲得物相純凈、形貌較好的FeTi貯氫合金，合成溫度太低，保溫時(shí)間過短，鈦鐵礦得不到充分還原，得到的產(chǎn)物FeTi相含量低；溫度過高，保溫時(shí)間過長，F(xiàn)e嚴(yán)重?cái)U(kuò)散，產(chǎn)物主相變成Fe2Ti，且造成FeTi表面多孔形貌消失。 摻雜元素Mn及Cr的加入，使得FeTi晶格膨脹，結(jié)果表明：摻

5、雜后樣品的XRD分析圖譜均與FeTi標(biāo)準(zhǔn)譜(JCPDF01-083-1636)保持一致，并且摻雜前后(110)、(200)和(200)面d值均有不同程度的增大，說明摻雜元素進(jìn)入FeTi的層間，形成了有效摻雜，這將有利于合金活化性能及貯氫性能的提高。 不同濃度的HC1，NaOH，MnCl2溶液對合金表面做浸泡處理，均可有效地改善FeTi合金的電化學(xué)性能，提高合金的電容量，其改善能力排序?yàn)椋篐C1溶液>NaOH溶液>MnCl2溶液。