变压和恒压加氢模式下CO₂杂质对镁储氢性能的影响

金属镁资源丰富且储氢量大,是有大规模应用前景的储氢材料,但镁易与CO2等杂质气体反应生成致密的MgO和碳薄膜覆盖在镁颗粒表面而阻碍吸氢,研究变压加氢和恒压加氢过程中钝化膜影响镁吸氢的机制对优化加氢操作有重要意义。等温吸附测试表明,在含1.0%(摩尔分数)CO2杂质的氢气中于340 ℃、5 h恒压加氢时,吸氢量降至2.32%(质量分数),而变压加氢时吸氢量降至1.09%(质量分数)。XRD分析表明两种加氢模式下CO2均会与Mg反应生成晶态MgO;HRTEM观测表明MgO膜紧密附着在镁颗粒表面;XPS分析表明除了生成MgO外,还有单质碳生成,以及C—O和CO基团化学吸附于镁颗粒表面。热力学计算表明,变压加氢过程中在低于吸氢平台压的低压阶段,CO2与Mg反应生成致密的钝化膜,从而阻碍高压阶段Mg与H2反应生成MgH2,致使吸氢量较低;而恒压加氢时,初始氢压高于吸氢平台压,CO2和H2与Mg竞争反应,从而吸氢量高于变压加氢模式的吸氢量