机械织构调控镁基储氢材料动力学机制的创新研究

本研究针对镁基储氢材料（Mg/MgH2）反应动力学缓慢的难题，通过 Severe Plastic Deformation（SPD）技术同步实现晶粒细化和织构优化，结合机械能平衡模型揭示了氢化物相定向预分配的机制，为固态储氢（SSHS）工业化提供了理论支撑。

　　

在全球能源转型背景下，氢能因其高能量密度（33 kWh/kg）和零碳排放特性成为清洁能源焦点。然而，氢气的低密度（11 m³/kg，常温常压）和储存难题制约其应用。金属氢化物（MH）储氢技术中，镁基材料（MgH₂）理论储氢量达7.6 wt%，但缓慢的吸放氢动力学阻碍实用化。传统方法如纳米化、催化剂添加虽有效，但难以兼顾稳定性和成本。法国研究团队D. Fruchart等发表于《International Journal of Hydrogen Energy》的研究，首次系统阐明了机械织构与位错协同调控氢化物成核的机制。

研究采用 Severe Plastic Deformation（SPD，包括ECAP、HPT等技术）处理镁合金，结合机械能平衡模型计算相变能量关系。通过分析N个氢化物核（V_fk/S_fk）在体积V和表面S中的能量分布，量化了外部力功（W_s）与弹性变形能的竞争效应。

计算结果显示，SPD诱导的织构化使氢化物优先沿特定晶面成核，首循环形成的网络状沉淀相（抗外部扰动）成为后续循环的模板。讨论部分指出，30%的晶胞体积膨胀产生的应力场是动力学加速的关键，而传统高能球磨（HEBM）因需预氢化处理被证明效率不足。

该研究突破性地提出“机械织构-位错协同”靶向调控策略，为固态储氢材料设计提供了新范式。其意义在于：1）揭示了SPD技术同时优化晶界扩散（纳米化）和相变路径（织构化）的双重作用；2）建立的机械能模型可预测工业级（kg/ton）镁氢化物的动力学行为；3）规避了催化剂成本问题，推动SSHS技术向规模化迈进。