| 于浩伟,张兴丽,王祥金,崔翰文,赵红华,赵红霞.间隙氢在α-Mg中扩散的分子动力学研究[J].计算力学学报,2025,42(3):412~418 |
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| 间隙氢在α-Mg中扩散的分子动力学研究 |
| Molecular dynamics study of interstitial hydrogen diffusion in α-Mg |
| 投稿时间：2024-08-29 修订日期：2024-12-02 |
| DOI：10.7511/jslx20240829001 |
| 中文关键词: α-Mg 分子动力学 氢扩散 团簇 浓度依赖性 |
| 英文关键词:α-Mg molecular dynamics simulation hydrogen diffusion cluster concentration dependence |
| 基金项目:国家自然科学基金(11672066)资助项目. |
| 作者 | 单位 | E-mail | | 于浩伟 | 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024
大连理工大学 工程力学系, 大连 116024 | | | 张兴丽 | 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024
大连理工大学 工程力学系, 大连 116024 | | | 王祥金 | 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024
大连理工大学白俄罗斯国立大学联合学院, 大连 116024 | | | 崔翰文 | 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024
大连理工大学 工程力学系, 大连 116024 | | | 赵红华 | 大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024
大连理工大学 工程力学系, 大连 116024 | zhaoh@dlut.edu.cn | | 赵红霞 | 山东大学 能源与动力工程学院, 济南 250061 | |
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| 中文摘要: |
| 镁基储氢材料具有自然含量丰富、储氢容量高、成本低等优点,是目前综合性能最好的固态储氢材料之一,备受广泛的关注。然而,在实际应用过程中存在一个主要的瓶颈问题,即吸放氢速率慢。氢扩散作为吸放氢动力学的速率控制步骤在研究和解决这一问题上至关重要。本文基于经典分子动力学的方法,以α-Mg为宿主材料研究了氢在其晶格间隙中的动态扩散行为。研究发现,氢的扩散不仅具有温度依赖性还具有浓度依赖性,氢原子的自扩散系数随温度的升高和浓度的降低而增大,计算结果与其他研究结果符合得较好。本文通过能量和原子扩散过程等分析发现,浓度导致的扩散系数减小是由于富氢团簇增加了扩散能垒,引起氢的跃迁率下降。团簇的形成与分解遵循一定的内在规律,与温度和浓度有一定的关系。这项研究加深了对氢扩散内在机制的理解,对吸放氢速率的提高具有指导意义,有助于储氢应用的有效设计。 |
| 英文摘要: |
| Magnesium-based hydrogen storage materials have attracted much attention due to their abundant natural availability,high hydrogen storage capacity,and low cost,making them one of the best-performing solid-state hydrogen storage materials available.However,a significant challenge in their practical application is the slow hydrogen absorption and desorption rates.Hydrogen diffusion,as a rate-limiting step in the kinetics of hydrogen absorption and desorption,is crucial for addressing this issue.In this study,classical molecular dynamics methods were employed to investigate the dynamic diffusion behavior of hydrogen within the lattice interstices of α-Mg.The research reveals that hydrogen diffusion is dependent on both temperature and concentration.Specifically,the self-diffusion coefficient of hydrogen atoms increases with rising temperature and decreasing concentration.These computational results are consistent with findings from other studies.Analysis of energy and atomic diffusion processes indicates that the decrease in the diffusion coefficient with increasing concentration is due to hydrogen clusters elevating the diffusion energy barrier,which reduces the hydrogen atom jump rate.The formation and decomposition of these clusters follow specific intrinsic patterns related to both temperature and concentration.This study enhances the understanding of the intrinsic mechanisms of hydrogen diffusion and provides valuable insights for improving hydrogen absorption and desorption rates,contributing to the effective design of hydrogen storage applications. |
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