2025年, 第32卷, 第5期　
刊出日期：2025-10-20

  

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2025“固态储氢材料”专刊：专家论坛
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  Gd-Sm-Ni系A₅B₁₉型合金的储氢和电化学性能分析

  罗永春, 靳添福, 雷鸣, 谢云丁, 马哲文

  金属功能材料. 2025, 32(5): 1-12. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250106

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  储氢合金作为负极材料对Ni-MH二次电池性能有重要影响。为了进一步改善RE-Mg-Ni系超点阵结构储氢合金电极材料的循环稳定性,设计和研究了无镁A₅B₁₉型Gd_1-xSm_xNi_3.33Mn_0.17Co_0.2Al_0.1(0≤x≤1)合金,系统研究了稀土Sm元素替代Gd对合金退火组织、气体储氢和电化学性能的影响。结果表明,经1 273 K退火后,合金组织由2H-Ce₂Ni₇型主相和3R-Ce₅Co₁₉型双相组成,随Sm含量x的增加,2H-Ce₂Ni₇型主相相丰度增加,3R-Ce₅Co₁₉型相逐渐减少,同时2H-Ce₂Ni₇型相和3R-Ce₅Co₁₉型相的晶胞参数a、c、V随Sm含量增加均逐渐增大。稀土Sm对合金的气体氢化行为影响较明显,加入Sm元素后合金在吸放氢时存在一定的氢致非晶化倾向,随Sm含量增加,合金的最大吸氢量逐渐增加,同时可明显降低合金储氢的PCT曲线平台和减小合金氢化物的生成焓ΔH^Θ。含Sm元素的合金电极均具有良好的充放电活化性能,随Sm元素含量增加,电极放电容量从279.6 mAh/g逐渐增加至x=1.0时的378.4 mAh/g;经100次充放电循环后,合金电极均具有良好的容量保持率S100= 94.3%~98.8%,随Sm含量增加,容量保持率S100稍有下降。当Sm含量x＞0时,合金电极均具有良好的大电流放电性能,其中HRD₉₀₀为84.7%~87.6%。x=1.0合金可兼具高的放电容量(378.4 mAh/g)、良好循环稳定性(S100=94.3%)和高倍率放电性能(HRD₉₀₀=84.7%),具有优良的综合电化学性能。
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  金属氮氢化物储氢材料研究进展

  王新华, 王书忠, 郑皓元, 刘海镇, 王利

  金属功能材料. 2025, 32(5): 13-31. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250168

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  金属氮氢化物储氢体系,以Li-Mg-N-H为典型代表,凭借其出色的储氢容量、良好的吸放氢可逆性以及较为理想的热力学性能,被认为是当前最具应用潜力的固态储氢材料之一。然而,该体系面临的核心挑战在于其吸放氢反应的复杂性以及较高的动力学能垒。本文系统综述了该体系的主要成分组成与储氢性能、性能优化手段(包括化学成分调控、纳米结构设计、催化改性)以及实际应用等方面的进展。在催化改性方面,重点介绍碱金属基化合物、金属硼氢化物、过渡金属及其化合物、稀土化合物、碳材料等催化剂的改性效果和作用机制。最后,探讨了该体系实际应用亟待解决的关键研究方向。
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  反应性氢化物复合体系储氢性能研究进展

  王一菁, 程嘉毅, 孙钰, 姜雅茹, 刘亚菲

  金属功能材料. 2025, 32(5): 32-47. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250176

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  金属氢化物和轻质配位金属氢化物以其高质量储氢密度和高安全性成为了氢气储存的理想解决方案之一。然而,较高的工作温度限制了其进一步发展和应用。反应性氢化物复合体系(RHCs)通过改变放氢反应路径、降低反应焓变,与单一储氢材料相比极大地提升了放氢热力学性能。此外,进一步结合催化掺杂方法,可以实现RHCs动力学性能和循环性能的高效同步提升。本文系统性综述了RHCs的近期研究进展,对包括Li-Mg-B-H体系、Li-Mg-N-H体系在内的多种RHCs的放氢机制和催化掺杂改性研究成果进行了详细的讨论,并针对RHCs当前面临的挑战展望了未来研究的重点和发展方向。
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  金属氢化物材料调控氢压技术的研发进展

  闫慧忠, 孟文凤, 冯佃臣

  金属功能材料. 2025, 32(5): 48-61. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250147

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  金属氢化物(MH)-氢压缩机(MHHC)或吸热压缩机(MH TSC)可将热能转化为压缩氢气,与传统的机械氢压缩方法相比,其主要优势在于利用低品位热源替代电能,具有设计和操作简单、无运动部件、结构紧凑、安全可靠等优点。金属氢化物材料或氢压缩材料作为这种热发动机的重要组成部分,具备若干基本特性,以实现氢气压缩的高效性能。文章综述了金属氢化物材料用于调控氢压技术的应用场景、基本原理,以及作为氢压缩材料的主要类型及特征。
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  Sm-Mg-Ni系合金结构稳定性与储氢性能分析

  李媛, 郭诗如, 王旭, 何德林, 韩树民

  金属功能材料. 2025, 32(5): 62-71. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250178

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  稀土-镁-镍系超晶格合金的容量衰减主要是由于[A₂B₄]亚单元的吸氢分解以及[A₂B₄]亚单元与[AB₅]亚单元的不匹配性。为了寻求稳定的超晶格结构,首先制备了与[A₂B₄]亚单元具有类似结构的Sm-Mg-Ni系AB₂型储氢合金。XRD表征发现经过吸放氢循环后,合金仍保持稳定的MgCu₄Sn型结构。在[A₂B₄]亚单元结构稳定的基础上制备了Sm-Mg-Ni系超晶格型储氢合金Sm_0.55Mg_0.25Y_0.20Ni_2.95Al_0.15。Sm_0.55Mg_0.25Y_0.20Ni_2.95Al_0.15合金由PuNi₃型相与Ce₂Ni₇型相组成,在298 K下的储氢量为1.53%(质量分数),当温度达到323 K时,60 s内即可达到最大吸氢量的90%,20次吸放氢后超晶格结构不变,容量保持率可达到96.3%。
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  轻金属氢化物的改性研究

  曹湖军, 郑佳, 程咨博

  金属功能材料. 2025, 32(5): 72-85. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250182

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  氢气的储存与运输难题是制约氢能规模化应用的关键瓶颈,开发安全、高效的新型储运技术已成为当前领域的迫切需求。在各类储氢方案中,轻金属氢化物凭借较好的安全性备受关注,然而该类材料通常难以在动力学性能、热力学性能、储氢容量及循环稳定性之间实现良好平衡,这严重限制了其商业化应用。现有研究多通过纳米化、合金化及添加催化剂等手段优化储氢材料的热力学和动力学性能,但依旧难以实现其实际应用。近年来,引入外场为优化金属氢化物的储氢性能提供了新途径,并展现出显著的应用潜力。本文系统综述了轻金属氢化物储氢材料的传统改性与外场对其储氢性能的影响,尤其是光对金属氢化物的作用,旨在为金属氢化物材料储氢性能的进一步优化提供理论参考与实践方向。
研究与技术
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  碱处理对La-Y-Ni系储氢合金电化学性能及腐蚀性能的影响

  邓安强, 常浩, 李龙强, 田野, 谭周勋, 梁悦

  金属功能材料. 2025, 32(5): 86-99. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250166

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  本文采用真空电弧熔炼炉和真空管式退火炉制备了退火态La_0.6Y_0.4Ni_3.75Al_0.15Mn_0.1超晶格储氢合金,在90 ℃条件下,使用10 mol/L的NaOH溶液对合金进行浸渍处理,研究了碱处理对储氢合金表面结构性能以及电化学性能的影响。XRD结果表明,未经处理的合金为CaCu₅、2H-Pr₅Co₁₉、3R-Ce₅Co₁₉多型相结构,经过碱处理后的合金相结构并未发生改变。通过SEM可以看出,合金表面形貌由初始的粗糙不平整状态转变为光滑平整的形貌特征。通过EDS能谱以及XPS能谱可以发现,合金表面形成了富Ni层以及Ni(OH)₂,可充当催化层,加速氢电极反应。Al、Mn元素在碱性环境中溶解析出并促进Ni富集,从而增强合金耐腐蚀性能并促进氢吸附。随着碱溶液对合金电极处理时间的增加,合金电极的活化性能、最大放电容量以及其他相关的电化学性能都表现出先增大后减小的情况,当处理时间为3 h时,合金电极的最大放电容量从未处理时的313.1 mAh/g增加到368.9 mAh/g,高倍率放电性能HRD₁₂₀₀从33.88%增加到了67.97%,交换电流密度以及氢扩散系数表现出与其相同的规律。碱处理使储氢合金的表面状态发生改变,提供了更多有效活性位点,优化了电极与电解液的接触,降低了极化阻抗,促进了电化学活性与稳定性能的提升,加速了氢电极反应动力学。
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  数据驱动下的固态储氢材料设计研究进展

  杨维结

  金属功能材料. 2025, 32(5): 100-108. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250173

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  随着全球能源转型的加速,氢能因其高能量密度和清洁特性受到广泛关注。在储氢技术中,固态储氢以安全性高和体积能量密度大被视为最具潜力的途径。然而,固态储氢材料在储氢密度与操作温度2个重要指标面临着“鱼与熊掌”不可兼得的困局,严重制约了其实际应用。近年来,数据驱动技术在材料设计、性能预测和催化剂优化方面展现出巨大潜力,为新型储氢材料的开发提供了新思路。本文系统综述了数据驱动技术在固态储氢领域的研究进展,重点包括3方面:首先,高质量数据库的构建与应用为模型训练提供可靠支撑;其次,基于机器学习的合金正向与逆向设计实现了材料性能的高效预测与优化;最后,多智能体平台(如Cat-Advisor)通过多模态文献信息处理,推动镁基脱氢催化剂的智能筛选与优化。文章还讨论了催化剂微观结构表征不足、逆向设计能力有限及多源数据提取困难等挑战,并展望了通过AI、多模态智能体和数据库质量提升,推动固态储氢材料研发向系统化与智能化发展的前景。
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  In元素添加对RE-Mg基储氢合金吸放氢性能的影响

  张欣, 侯振宇, 盛鹏, 徐立红, 张羊换, 赵栋梁, 郭世海

  金属功能材料. 2025, 32(5): 109-119. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250170

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  为了提高Mg基合金的吸放氢速率以及降低Mg-H的稳定性,同时保证合金的高储氢容量,在Mg基合金中引入稀土元素La、Y,加入过渡金属Ni元素,同时加入In元素来提升合金的吸放氢性能。将加入In元素的合金通过快淬工艺得到非晶-纳米晶合金,并对快淬合金在400 ℃进行4 h的退火,通过不同工艺提升合金的吸放氢性能。对 Mg₉₀La₂Y₂Ni₆和不同工艺下Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金与氢反应前后的相变和结构演变进行了表征。结果表明:快淬工艺可以使Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金形成以非晶为主的非晶-纳米晶结构,而铸态Mg₉₀La₂Y₂Ni₆和Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2以及退火Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金试样中含有Mg、Mg₂Ni、La₂Mg₁₇、YNi₃相,In元素的加入分别与Mg和Mg₂Ni形成Mg(In) 固溶体和Mg₂Ni(In)相,同时In元素的加入造成了Mg晶体的晶格收缩,与之相反Mg₂Ni晶体的晶格参数升高,引起晶格膨胀。晶化退火促使非晶相完全晶化,形成均匀的元素分布和细化的微观组织。新生晶粒和晶界为氢扩散提供了更多通道。吸放氢动力学测试结果表明:退火后Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金在260~320 ℃具有最优吸氢容量,且在320 ℃下500 s内和260 ℃下1 500 s内可以实现完全放氢,且放氢活化能降低至63.36 kJ/mol。
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  含水[EMIM][Ac]离子液体电解液对新型质子型电池电化学性能影响分析

  罗永春, 蓝轩, 张乾坤, 刘馨卉, 张海民, 马哲文

  金属功能材料. 2025, 32(5): 120-131. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250099

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  离子液体(IL)作为电解质溶液具有较宽的电化学稳定窗口和良好的安全性能,然而IL溶液较高的黏度和较低的电导率,使其在电化学器件应用时存在一定的挑战。为了有效提高离子液体的电导率并尝试在质子型电池中应用,本文采用含水的离子液体溶液[EMIM][Ac]+xH₂O作为电解质,通过测试分析,研究了含水的[EMIM][Ac]+xH₂O离子液体溶液的结构和物化性能的变化规律,并将非晶态a-Si薄膜(负极)、烧结Ni(OH)₂(正极)以及上述含水离子液体溶液作为电解质组装成电池,研究了含水离子液体溶液对电池和a-Si薄膜负极电极的电化学性能的影响。研究结果表明,当水的体积分数x≥30%时,在含水离子液溶液中逐渐形成了由H₂O分子主导的氢键网络结构,有利于质子以Grotthuss机制进行快速传导。随着水含量增加,[EMIM][Ac]+xH₂O(体积分数)溶液的黏度显著降低,电导率逐渐提高,溶液与硅薄膜电极之间的浸润性逐渐增强,同时溶液的电化学窗口由3.53 V逐渐减小至2.24 V。[EMIM][Ac]离子液体中加入水后,可极大提升质子电池的性能,当水的体积分数x =30%时,a-Si薄膜材料的电荷转移阻抗Rct最小,此时电池的放电容量可达到最大值1 700.82 mAh/g,经100次充放电循环后,电池的容量保持率S100为93%,在水的体积分数 x=30% ~ 40% 时,电池高倍率放电性能HRD1000值为87.03%~94.80%,具有良好的大电流放电性能。该研究为研发高能量密度的新型质子型电池提供了思路。
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  杂质气体毒化AB₅型储氢合金性能机制分析

  程扬, 周元甲, 李欣欣, 肖浩哲, 郭磊磊, 吴震

  金属功能材料. 2025, 32(5): 132-139. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250119

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  AB₅型镧镍系储氢合金因其在常温下可快速吸放氢的特质,在工程应用中具有较大潜力。然而,化石燃料重整和生物质气化等大规模制氢过程中产生的杂质气体,如O₂、CO₂、H₂S、N₂、CO、H₂O、CH₄、Ar和He,可能会毒化储氢合金性能。因此,研究这些杂质气体对AB₅型镧镍系合金储氢性能的影响及其毒化机制具有重要意义。本文基于第一性原理计算和压力-组分-温度(PCT)试验测试,研究杂质气体对AB₅型镧镍系储氢合金性能的毒化机制,阐明杂质气体的吸附强度,并揭示了毒化过程中储氢合金电子结构变化的微观机制。研究结果表明,O₂、CO₂、H₂S、N₂、CO等杂质气体比氢气更优先吸附在材料表面,其中O₂、H₂S和CO的相对吸附能值较大,分别为2.57、1.91、1.21 eV。O₂和H₂S在LaNi₅表面发生解离吸附,O₂解离为O原子并吸附在吸氢活性位点,H₂S解离为SH和H并稳定吸附在吸氢活性位点,其余杂质气体则以分子形式吸附在LaNi₅表面;PCT试验测试进一步验证了杂质气体对合金储氢性能的影响,结果表明,CO、O₂对LaNi₅的储氢性能恶化较为严重,储氢容量(质量分数)分别下降了40%和10%。
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  稀土在镁基储氢材料中的应用研究进展

  王欣鑫, 程勇, 尹东明, 王春丽, 王立民, 原建光

  金属功能材料. 2025, 32(5): 140-148. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250183

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  氢气的高效安全储存和运输是实现氢能利用的关键环节,镁基储氢材料因其高储氢密度、优异的循环性能以及资源丰度,被视为具有应用前景的氢气储存和运输介质之一。然而,镁基氢化物存在热力学稳定性较强、动力学反应过缓以及储氢系统技术要求较高等特点,严重制约了该类材料的规模化应用。近年来,研究人员已成功借助多种机制向镁基储氢材料中引入稀土元素或稀土化合物,显著提升了材料的吸放氢性能。本文系统总结了近年来稀土在镁基储氢材料中的应用研究进展,重点探讨了稀土在镁基储氢材料设计、制备技术、合金化、结构特性以及作为添加剂或催化剂等方面的作用,并对未来的研发方向进行了展望。
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  TiFe基储氢合金的研究进展

  韩婷, 雍辉, 王帅, 王志成, 胡季帆

  金属功能材料. 2025, 32(5): 149-161. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250100

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  氢能作为清洁高效的能源载体,其安全储存是关键。TiFe基合金因理论储氢容量高、成本低等优势成为研究热点,但其表面易氧化、活化条件苛刻及循环稳定性差等问题限制了应用。本文综述了近年来TiFe基合金的改性策略,重点阐述了机械合金化、非化学计量设计、元素替代及表面处理等方法对TiFe合金储氢性能的影响,并展望了TiFe基合金今后的研究方向和重点,旨在为实际应用提供理论指导。
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  金属氢化物床传热传质数值模拟研究进展

  赵伊蕾, 叶建华, 苑慧萍

  金属功能材料. 2025, 32(5): 162-174. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250172

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  基于金属氢化物的固态储氢是一种具有广阔前景的储氢方法。然而,金属氢化物粉末本身固有的低导热性,极大限制了金属氢化物床在充氢和放氢反应过程中的效率,这已经成为制约固态储氢技术实现规模化应用的关键瓶颈。对金属氢化物床的有效热导率进行精确测量,并有针对性地提出改进策略,对于固态储氢装置的优化设计、性能提升以及成本控制都具有及其重要的意义。系统梳理了金属氢化物床有效导热系数的主流测量方法,对比分析了各类测试方法的适用场景与优缺点;总结了以结构优化、材料复合为核心的床体热导率改进技术路径,综述了一维、二维及三维金属氢化物床传热传质数值模拟的相关研究进展,剖析了不同模型的适用范围和精度差异。这些研究结果可为固态储氢装置传热传质结构的优化设计提供有力的理论支撑和技术参考。
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  低成本BCC型储氢合金的研究进展

  张晓轩, 胡华舟, 陈庆军

  金属功能材料. 2025, 32(5): 175-187. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250174

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  氢能是实现从化石能源向可再生能源转型的理想能源载体。然而,由于氢气具有易燃易爆特性,开发安全高效的储氢技术仍是氢能应用中的关键挑战。钒基体心立方(BCC)储氢合金在常温下理论储氢容量可达3.8%,显著高于传统AB₅型和AB₂型储氢合金,因而展现出巨大的应用潜力。但在实际应用中,该类合金仍面临可逆储氢量偏低、循环稳定性较差以及原材料成本高昂等问题。本文系统综述了钒基BCC型储氢合金的研究进展,重点针对成本过高的问题,详细分析了3种降低合金成本的策略,并分别探讨了各类策略所面临的关键挑战。在此基础上,对未来研究方向提出了展望,为高性能低成本储氢合金的设计与开发提供参考。
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  Mg/Ti比对MgTiAlCoAg合金相结构和储氢性能的影响

  刘润, 程一诺, 刘卓承, 孙昊, 计云萍, 李一鸣

  金属功能材料. 2025, 32(5): 188-198. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250163

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  通过高能球磨制备了Mg₄₅Ti₁₅Al₂₇Co₆Ag₇、Mg₄₀Ti₂₀Al₂₇Co₆Ag₇和Mg₃₀Ti₃₀Al₂₇Co₆Ag₇轻质高熵合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线多晶衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和气态吸放氢实验,分析了不同Mg/Ti比对合金微观结构和储氢性能的影响。结果表明:Mg₄₅Ti₁₅Al₂₇Co₆Ag₇、Mg₄₀Ti₂₀Al₂₇Co₆Ag₇和Mg₃₀Ti₃₀Al₂₇Co₆Ag₇合金均由FCC相、HCP相和少量富Co相组成。Mg/Ti比由3∶1降低至2∶1会略微促进FCC相含量的升高进而提高合金的储氢量,而Mg/Ti比由3∶1降低至1∶1会略微提高FCC相的含量,但会使HCP相在吸放氢后转变为不可吸氢的稳定Al₉Co₂相。合金中的FCC相具有更强的吸放氢能力,而由于富Co相和Al₉Co₂相无法吸氢,但Al₉Co₂相会促进放氢过程,因此Mg/Ti比为1∶1时会显著降低合金的吸氢能力和提升放氢速率。
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  固态储氢技术在船海领域的应用研究进展

  吴飞, 朱刚, 张浩, 杨明, 吕玮

  金属功能材料. 2025, 32(5): 199-208. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250156

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  氢能是降低船舶领域碳排放,推动船舶动力绿色、可持续发展的有效途径。固态储氢技术因其体积储氢密度高、使用安全性好等优势,为船用氢燃料的安全高效储存问题提供了极具潜力的解决方案。本文梳理了固态储氢技术的原理、分类及特点,阐述了其在船海领域的应用现状,分析了该技术在船舶行业应用中面临的挑战,并对其未来发展趋势进行了展望,旨在为推动固态储氢技术在船海领域的广泛应用提供一定的理论参考。
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  低压固态储氢合金研发现状及技术经济性和安全性评价

  何彬彬, 潘军, 江军, 詹之林, 王炜, 张冲, 喻子彧, 李贝

  金属功能材料. 2025, 32(5): 209-227. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250160

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  氢能作为21世纪最具发展潜力的清洁能源之一,其储存和运输技术是制约其广泛应用的关键瓶颈。固态储氢技术因其高安全性和潜在的高能量密度受到广泛关注,其中储氢合金材料是主要研究方向之一。本文综述了低压固态储氢合金材料的研究现状及其典型应用,重点介绍了A_nB_m型金属间化合物(如AB型、AB₂型、AB₅型等)、BCC固溶体合金(钒基和钛基合金)以及镁基合金的储氢性能、改性方法和应用进展;同时,进一步聚焦技术经济性与安全性矛盾。结合当前实际应用情况,储氢合金按工作特性可划分为低温型与高温型。低温型合金(A_nB_m型合金和BCC固溶体合金)面临成本挑战,如AB₅型材料价格高,等效单位氢气存储的金属原材料成本高于5 000 元/kg;钒基BCC固溶体合金虽尝试钒铁替代,成本仍达约4 000 元/kg,但其安全性优势显著,得益于低压工作区间(0.1～5.0 MPa)和良好的空气稳定性,被归类为低风险体系,已在船舶、叉车等领域中应用。高温型镁基合金虽然展现出原料成本潜力(镁原材料价格低于4万元/t),然而纳米化、合金化工艺显著推升了综合成本;其安全性也存在明显隐患,源于材料本征易燃性(燃点473 ℃)及较高的脱氢温度需求(200～300 ℃),被评估为高风险体系。随着技术瓶颈的克服和产业链的完善,低压固态储氢合金有望在交通、工业、能源等领域发挥更大作用。
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  MgH₂在海盐溶液中的水解放氢性能研究

  陈逸帅, 韩婷, 雍辉, 王志成, 胡季帆

  金属功能材料. 2025, 32(5): 228-233. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250171

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  MgH₂与水反应产生大量氢气有利于氢能源在燃料电池领域的发展,但产氢速率慢及Mg(OH)₂致密层这一关键问题限制了其应用。本文采用浓度分别为0.3、0.9、1.7、2.5 mol/L的海盐溶液与0.1 g MgH₂进行多次水解实验,测定不同温度下的水解动力学曲线;采用XRD和SEM扫描技术对水解产物进行物相和形貌分析,并讨论了水解机制以及不同浓度的海盐溶液对颗粒表面的影响;通过Avrami-Erofeev和Arrhenius公式线性拟合分析了水解动力学过程和活化能。研究发现:浓度为0.9 mol/L的海盐溶液与0.1 g MgH₂反应时的水解性能以及表观活性改善最佳,在高温下,0.3、0.9、1.7、2.5 mol/L海盐溶液的水解活化能分别测定为(33.1±0.4)、(26.1±0.5)、(36.3±0.8)、(40.1±0.2)kJ/mol,水解产氢速率最快分别为11.33、12、10.66、11.33 mL/(g·s),确定了浓度对水解动力学的影响。MgH₂的这些优异的水解性能对镁基合金的水解研究具有重要意义。
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  纳米工程在镁基储氢体系的研究进展

  马哲文, 张庆旭, 王胜强, 朱敏, 李永红, 罗永春, 李钊

  金属功能材料. 2025, 32(5): 234-244. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250162

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  镁基固态储氢材料由于其高储氢容量以及储量丰富、低成本等优点,有望成为下一代高效储氢介质,但是氢稳定的热力学(74.7 kJ/mol)以及迟缓的动力学特性限制了其大规模商业化应用。大量研究表明,相较于传统合金化、表面催化、固溶等改性手段,纳米工程策略可以从纳米尺度实现镁基材料热/动力学的双调控,从而实现性能的大幅跃升以促进其未来产业化应用。本文在阐明纳米工程基本逻辑的同时,分别从制备方法和材料尺寸维度等方面对镁基储氢材料领域纳米材料制备以及纳米限域关键技术研究工作进行了系统总结和梳理;并整理概括了现有技术下性能参数提升与微观组织、催化机制之间的构效关系,对于现有纳米工程技术优缺点以及其在未来储氢产业化中的可能发展方向进行评述,以期对纳米工程技术加持的新一代高性能镁基固态储氢材料的设计研发提供参考与借鉴。
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  Ti-V系固溶体储氢合金的研究进展

  刘晨旭, 刘勇, 王泽旭, 李平

  金属功能材料. 2025, 32(5): 245-253. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250164

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  Ti-V系储氢合金因具有高储氢容量和良好的动力学性能,在氢能储存、运输、发电等领域展现出重要应用潜力。首先,阐述了Ti-V系固溶体合金的储氢机制,H原子在储氢合金中所占据的位置,以及吸放氢过程中固溶体储氢合金晶体结构的改变。其次,系统总结了不同制备方法(电弧熔炼法、真空感应熔炼、粉末冶金和球磨法)对Ti-V系固溶体储氢合金的微观结构和储氢性能的影响。然后,探讨了不同元素对Ti-V系储氢合金的改性研究,分析了不同元素在合金中对Ti、V原子取代后的作用以及特性。最后,对Ti-V系储氢合金的应用前景进行了展望。
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  稀土元素在镁基储氢材料中的应用

  潘丰饶, 范燕平, 刘宝忠

  金属功能材料. 2025, 32(5): 254-262. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250086

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  金属固态储氢技术是解决氢储运问题的关键路径之一,镁基材料因高的储氢容量(质量分数为7.6%)、低的成本和良好的可逆性而备受关注,但其脱氢温度高、动力学缓慢等问题亟待解决。本文聚焦稀土元素及其化合物在提高镁基储氢材料吸放氢性能中的作用机制,系统综述了稀土元素合金化与稀土材料催化改性的研究进展。研究表明,稀土合金化通过晶格重构与氢通道优化,显著改善动力学扩散速率,Mg-RE合金在10 min内可完成脱氢;稀土催化剂借助界面电子转移与多相协同效应,使MgH₂起始脱氢温度低于220 ℃。然而,稀土资源依赖性与复合体系相变机制不明确仍是规模化应用的瓶颈。未来研究需结合材料设计与绿色制备工艺,推动镁基储氢材料向高密度、低能耗和长寿命方向发展,助力氢能产业规模化进程。
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  Y取代对La-Ni基储氢合金超晶格结构及性能的影响

  邓安强, 田野, 常浩, 谭周勋, 王英杰, 李烁

  金属功能材料. 2025, 32(5): 263-276. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250195

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  针对La-Ni基超晶格储氢合循环稳定性不足等问题,设计并制备了系列La_1-xY_xNi_3.75Mn_0.2Al_0.15(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)合金,经1 273 K、24 h退火热处理后,系统研究了A端Y元素取代对合金结构演变与电化学性能的影响。通过XRD精修与结构分析,揭示了Y含量变化引起的相组成转变及晶胞参数各向异性收缩规律;结合电化学充放电循环、电化学P-C-T与动力学测试,明确了Y元素在调控合金容量、循环稳定性和高倍率放电性能中的作用机制。研究表明,适量Y元素(x=0.6)替代La元素能够优化晶胞体积与氢扩散通道,抑制氢致非晶化与腐蚀,显著提高合金的放电容量(约390.7 mAh/g)、循环保持率(S₁₀₀=85.8%)及动力学性能;而过量Y会导致结构破坏与容量衰减。该系统揭示了Y元素对La-Ni基超晶格合金的结构调控作用及其对储氢性能的深层影响,为新型高性能镍氢电池负极材料的设计提供了理论依据与试验参考。
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  固态储氢水解技术浅析

  隋盈鑫, 乔维, 陈涛, 罗世龙, 杨康, 成永红

  金属功能材料. 2025, 32(5): 277-288. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250151

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  全球能源危机日益严峻,氢气以环境友好性、资源丰富性和高能量密度等优势,成为最具发展潜力的新能源载体之一。氢能储运是连接制氢端和用氢端的枢纽,是氢能应用系统中的关键环节,固态储氢材料凭借其储氢容量大、体积密度高、安全性能优异等特点,被视为最具前景的储氢解决方案,而固态储氢的水解技术则在此基础上提供了一种安全、高效的氢气释放方式,凭借其高安全性与便捷性、高能量密度与反应可控性、化学反应机制与材料多样性等优势,为氢能的储运提供了一种极具前景的储能技术路径,是即时、便携、在线供氢等方面的理想选择。本文系统综述了固态储氢材料水解释氢技术的研究进展及技术原理,分析了各类水解释氢材料的储氢性能特点及国内外发展现状,同时介绍了固态储氢材料水解技术的应用场景及面临的挑战与瓶颈,并在此基础上,对于固态储氢材料水解释氢技术的诸多问题,提出从4个不同方面进行集中攻克:(1)材料改性催化体系优化;(2)水解反应体系与操作模式革新;(3)材料体系创新与规模化生产;(4)标准化体系建设。
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  深远海风电制氢场景下固态储氢系统的应用研究

  张祺, 吴昊, 姚育栋, 李亚静, 吴怡, 吕存瑞

  金属功能材料. 2025, 32(5): 289-295. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250175

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  深远海风电制氢是开发海洋可再生能源的重要途径,而储氢技术是实现能量转移的关键。针对深远海场景,研究了固态储氢技术的应用可行性。通过构建“海上风电-电解制氢-固态储氢-海运到岸”系统模型,以MgH₂为储氢介质,分析了电解槽配置比例、储氢容量等参数对系统性能的影响。研究表明:电解槽槽风比直接影响系统能效,需在电耗与设备利用率间进行权衡;储氢容量增加可降低弃氢率,但边际效益递减;系统经济性受多因素制约,需综合考虑能效与成本。本研究为深远海风电制氢系统中的储氢技术选型提供了理论依据。
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  AB₅型储氢材料的合金化改性及其吸放氢行为调控机制

  陈俊杰, 周盼盼

  金属功能材料. 2025, 32(5): 296-301. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250153

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  固态储氢技术凭借其卓越的体积储氢密度和本质安全特性,被认为是发展氢能产业链的关键一环。在众多储氢材料中,AB₅型稀土系储氢合金因其活化条件温和,可在常温常压下实现高效吸放氢,兼具优异的PCT平台特性和突出的抗毒化性能成为研究热点。但是基础合金LaNi₅存在吸放氢平台压与储氢容量偏低、循环稳定性欠佳等问题,无法直接应用。针对上述问题,对AB₅型储氢合金进行合金化调控已被广泛认为是一种有效的解决途径。合金化元素改性可有效调控储氢间隙尺寸及其氢亲和能力,因此,本文系统总结了常见A、B侧元素取代对AB₅型储氢合金结构性能的影响及其潜在机制,并对其中存在的问题与未来研究方向进行系统总结,可为高性能AB₅型储氢合金的优化设计提供理论指导。
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  基于合金化协同调控策略的镁基固态储氢材料研究进展

  王胜强, 马哲文, 张庆旭, 张涛, 李永红, 余雪萍

  金属功能材料. 2025, 32(5): 302-311. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.20250165

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  镁基储氢材料因高储氢密度、镁资源丰富、成本相对低廉及可逆性佳备受关注,但其放氢温度较高、动力学性能缓慢,制约了实际应用。设计高储氢容量、优异动力学/热力学性能及循环稳定性的镁基储氢合金,对未来氢能安全储运至关重要。本文系统总结了合金化制备镁基储氢材料的研究进展,重点梳理了不同种类元素作用机制、合金化工艺对材料微观结构的调控规律,探讨了合金策略面临的挑战与发展前景,希望对镁基固态储氢材料研究有所帮助。