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镁基储氢材料在含能材料中的应用

2021-06-16宋静鱼银虎程嘉琪运城学院山西运城044000

化工管理 2021年12期
关键词:氢化物氢化储氢

宋静,鱼银虎,程嘉琪(运城学院,山西 运城 044000)

0 引言

目前,全球范围内镁基储氢材料成为许多高校研究重点和公司开发产品方向,具有十分光明的未来,镁基储氢材料的不断研发必定影响着储氢材料在含能材料的发展趋势。镁基储氢材料较于其他金属的储氢材料有着许多优势:(1)镁拥有低廉的价格和丰富的资源;(2)镁金属具有很高的储氢能力;(3)镁基储氢材料可以将氢以稳定的压力释放从而提高使用率;(4)其燃烧对于空气的污染程度较低;(5)镁基储氢材料只有在高温条件下才会把氢释放,所以比较稳定。一些含能材料使用镁基储氢材料后,对于含能材料的特性会有着极大的改善,使含能材料的性能更加优越。而且,镁基储氢材料在热稳定性和化学稳定性上的表现会很大程度上由于目前所采用的非镁金属储氢材料,当炸药、推动剂等材料中使用了镁基储氢材料可以在安全方面做到保障,对材料的生产和存储意义重大。

镁基储氢材料在新能源领域、氢健康领域、医学领域、农业和畜牧业领域同样有着不同程度上的应用。镁基储氢材料可以实现在常规环境下运输及大量储备氢,这不仅降低了产业链成本也提高了作业安全性,镁基储氢材料推动了氢能源在新能源领域的发展。在室温的条件下,镁基固态储氢材料就能进行水解化学反应,方便了氢在日常生活中的安全获取。镁基固态储氢材料同样在医学领域得到了一定的应用和不错的发展前景,其对镁缺乏引起的疾病有着改善效果,并且能够大幅度削减体内的恶性自由基,提升免疫力,提高身体抗病的能力。镁基固态储氢材料同样可以作为一种氢肥料应用于农学,其成本低,无污染,适用范围广,目前其正在受到推广。

镁基储氢材料在越来越多的研究方向得到科学有效的应用,但它在含能材料中的科学研究与利用也一直是镁基储氢材料主要的用武之地。本文将针对不同类型的镁基储氢材料目前的研究与应用进行分别阐述。

1 氢化镁

1.1 氢化镁简介

氢化镁是一种单一轻金属氢化物,它的储氢量相较于其他金属氢化物和镁基储氢合金氢化物具有明显的优势,可以达到7.6%。并且高达300 ℃左右的放氢温度使得氢化镁的热稳定性达到了较高的水准。根据这些优势,氢化镁在炸药和固体推进剂中可以作为组分得到应用。

1.2 反应方式

目前,氢化镁具有热解放氢和水解放氢两种方式,根据不同的化学反应可以应用于不同的领域。

1.3 应用成果

目前国内对于氢化镁的研究十分热门,也取得了不俗的研究成果。一些研究人员发现氢化镁可以加大一些炸药爆炸所产生的冲击力,如多个类型的乳化炸药。当炸药处于水中的物理环境下,氢化镁型水解敏化储氢乳化炸药爆炸所产生的冲击力十分巨大,具有十分庞大的能量,并且此反应所生成的爆炸冲击波也具有一定程度的加快[1]。这是玻璃微球型乳化炸药所无法达到的爆炸水平。通过对氢化镁的认知不断增加和相应的科学实验,可以对比出氢化镁型水解敏化储氢乳化炸药爆炸所产生的冲击力度是传统乳化炸药无法比拟的。在爆轰反应机理上,二者也存在不可忽视的差异,在乳化炸药爆轰反应过程发生的同时,氢气的爆炸过程和氢化镁的放氢反应也在进行。研究人员对氢化镁进行了石蜡包裹法处理,以达到为了提高氢化镁的抗水性能的目的。 经此方法处理后,氢化镁所制成的氢化酶型复合敏化储氢乳化炸药十分稳定,提高了储备的安全性与科学性。

1.4 应用现状与发展趋势

目前热解放氢在燃料电池动力系统、大容量长距离的氢气储运以及固态加氢站等方面有着较为广泛的应用。水解放氢则广泛应用于健康、小型设备动力系统、医疗等领域,十分具有科研攻关价值,在纳米医学的发展上可以提供一些助力。氢化镁对于含能材料的爆炸威力有着一定提高,特别对于制备完成后存储以备后用的炸药,其可以削弱时间对爆炸威力的影响,但是对于目前的工业和材料学水平,氢化镁的产业化生产不够完善,且成本较高,此外,它和含能材料的相容性也制约着氢化镁的发展。因此,在未来我们需要对于其生产工艺和结构展开更深层次的研究,使其可以更好的用于含能材料中。

2 镁基配位氢化物

2.1 镁基配位氢化物简介

镁基配位氢化物具有较高的储氢密度,这是其余镁基储氢材料无法比较的,得益于这个优点,镁基配位氢化物渐渐在世界范围内的含能材料中的应用中占据越来越高的地位,备受学者青睐。

2.2 应用成果

随着现代科学技术水平的不断飞跃和计算机时代的不断进步,镁基储氢材料也开始尝试进行相关的科学研究。其中计算机模拟技术受到了相关学者的关注,并通过该技术对镁基储氢材料对一些含能材料热分解产生的效应进行研究。目前在国内外该研究也取得了一定的科研成果。通过分析不同金属氢化物对含能材料的影响进行比较,得出科学而具有实用意义的研究成果,得出镁基配位氢化物在质量分数达到一定数值后其促进作用会较于金属铝有着提高。

2.3 应用现状和发展趋势

镁基配位氢化物较于镁基储氢合金氢化物以及氢化镁,它的储氢量处于金字塔顶端[2]。因此,通过对镁基配位氢化物不断地深层次认知,发现其在含能材料中的未来有着十分巨大的潜力,可以在很大程度上提高含能材料的能量水平,促进行业的不断发展。但是,镁基配位氢化物的已有科研时间相较于其他两种镁基储氢材料很短,目前的各项生产工艺并不完善,研究人员对其物理化学机理的研究成果还不够全面,这也限制了镁基配位氢化物的应用。因此,目前的镁基配位氢化物研究现状还不足以制成其产业化,无法生成成熟的产业链,这是需要科研人员继续努力攻关的迫切问题。当我们对于镁基配位氢化物的认知逐渐深入后,其潜力将会一点点带给业内惊喜,这是毋庸置疑的。

3 镁基储氢合金氢化物

3.1 镁基储氢合金氢化物简介

过渡金属元素与氢反应会生成一种间隙型化合物,我们将这种间隙性化合物称为储氢合金氢化物。镁系合金拥有着不错的储氢量和较好的热稳定性,释放出的氢气在促进固体推进剂的燃烧的同时也能够提供高的燃烧热,目前,镁基储氢合金氢化物被相关科研工作者广泛应用于固体推进剂和炸药领域,研究成果丰富,具有十分良好的应用。

3.2 应用成果

在国际上,镁基储氢合金氢化物的研究也比较成熟,各高校学者对其都有不少科研成果。镁基储氢合金氢化物产业链是三者之中最为成熟的,在国际上有着许多技术手段可以对其进行科学安全的制备,其中在1997年就有了一种至今也十分实用的制备方法—氢化燃烧合成法,该方法由八木研究室最早采用,该方法在成本、时间、生产设备上都极为方便快捷,国内外诸多学者都使用该方法对镁基储氢合金氢化物进行制备,该方法在不同温度下生成的镁基储氢合金氢化物的性能上也存在着差异,许多学者针对单一镁基储氢合金氢化物在不同温度下被制备时的性能比较优缺点,得出了丰富的实践结论,对今后研究起到了指导作用。

3.3 应用现状和发展趋势

关于镁基储氢合金氢化物的研究表明,镁基储氢合金氢化物对于炸药和固体推进剂的应用有着十分积极的作用,同时镁基储氢合金氢化物在反应分解所生成的氢气也可以作为一种具有高能量的燃料。但储氢量较低是镁基储氢合金氢化物不可忽视的缺点,这一缺陷对其应用有着很大的影响。所以研发储氢量更高的该种类镁基储氢材料十分关键。同时。研究人员必须针对镁基合金氢化物与含能材料之间的相容性进行深层次探究,了解其对含能材料特一些特性的影响,从而确定所研发的各种镁基储氢合金氢化物在实际应中的应用价值和合理性,以推动镁基储氢合金氢化物的应用领域发展。

4 结语

目前,炸药和推进剂是镁基储氢材料在含能材料中的两大主要应用领域,三种镁基储氢材料在应用上都有着自己的特点和缺陷。氢化镁具有较高的含氢量,但其制备工艺不够成熟,成本较高,和含能材料的相容性都制约着其发展;镁基配位氢化物储氢量最高,具有十分巨大的开发潜力,但由于其研究时间较短,仍有些许问题需要攻关;镁基储氢合金氢化物虽然效果较于其他两种镁基储氢材料不够显著,但其产业链成熟,应用更为稳定。

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