氢气的安全高效储运是氢能大规模开发利用的关键，镁金属（储氢容量高达7.6 wt%）是极具潜力的固态储氢材料，但其存在吸脱氢动力学缓慢、室温下热力学稳定等问题。镍是有效的催化合金元素，相关研究表明Mg-Ni-RE（稀土元素）合金因高度分散的相结构及镍与稀土元素的协同作用，能够呈现出优异的储氢性能。
为了解决镁基储氢合金材料的动力学局限性，使其更接近商业应用所需的快速充放氢要求，本研究通过合理设计合金成分与制备工艺，开发了Mg质量分数≥80%，粒径达200~400 μm的大尺寸Mg-Ni-Ce储氢合金颗粒。显微组织演变研究表明，在Mg的三元共晶区发现了铸态Mg-Ni-Ce合金的新相Mg12Ce相（18R型长周期有序堆积相 LPSO相），初次吸氢时会分解成纳米级的CeH2.73 （平均尺寸约为50 nm），进而促进H2的解离并提供MgH2的形核位点，作为“氢泵”加速H原子扩散，同时Ni的加入显著增强了脱氢动力学。Ce和Ni的协同作用使得大尺寸Mg-10Ni-10Ce合金在300°C下，10分钟内脱氢率达6.4 wt%，1小时内再吸氢率达5.9 wt%，显著提高了Mg-Ni-Ce合金的吸放氢动力学。
本研究成功开发出具有优异储氢性能的大尺寸Mg-Ni-Ce合金材料，为镁合金固态储氢技术研究提供了重要的实验依据和工程指导，有望加速低成本、抗氧化粉化、高储氢性能镁合金的商业化开发及应用。相关研究结果以“Synergistic effects of Ce and Ni on hydrogen storage properties in Mg-based alloys”为题在线发表于Materials Today Communications上。
供稿：机械工程学院
【编辑：邹林有 责任编辑：金萍】