[發(fā)明專利]一種壓力平臺(tái)平坦的BCC結(jié)構(gòu)貯氫合金

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810034114.2
• 申請(qǐng)日: 2008-02-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101235458A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金龍;孟祥海;朱明;金航軍;林根文;葛建生;李謙;周?chē)?guó)治
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C30/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C30/00;C22C27/06
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所
• 代理人: 王正

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓力平臺(tái)平坦的BCC結(jié)構(gòu)貯氫合金，屬于儲(chǔ)氫合金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

貯氫合金是20世紀(jì)70年代初期研究開(kāi)發(fā)起來(lái)的新型能源材料和功能材料，它可應(yīng)用于二次電池、熱能貯藏與輸送、熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換、制冷、溫壓傳感器及氫的貯存、凈化、壓縮、同位素分離等領(lǐng)域。尤其是儲(chǔ)氫材料作為氫能儲(chǔ)輸載體時(shí)具有安全、靈活和有效等特點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前急速發(fā)展的零排放的氫燃料電池和燃?xì)淦?chē)氫燃料箱的應(yīng)用有著廣闊的前景。

對(duì)于貯氫合金而言，希望其溫度與壓力要接近室溫常壓，吸放氫量越大越好，金屬氫化物生成熱與氫燃燒熱的比值是評(píng)價(jià)貯氫金屬的貯氫含量多少的指標(biāo)，其值越低說(shuō)明金屬氫化物作為貯氫材料更為有效；滯后系數(shù)越小，作能量轉(zhuǎn)換材料用時(shí)，能量的損失也越小；平臺(tái)斜度越小則吸放氫過(guò)程就越穩(wěn)定。

儲(chǔ)氫合金按各類(lèi)合金中主要吸氫元素的不同可劃分為稀土系、Ti系、Mg系和V系固溶體儲(chǔ)氫合金。稀土系的典型代表是LaNi₅，最大吸氫量?jī)H1.4wt％；Ti系以Ti-Fe合金為代表，最大吸氫量為1.8wt％左右；Mg系的典型合金式Mg₂Ni，最大吸氫量可達(dá)3.6wt％左右，但該合金要200℃以上才能吸放氫，而且合金動(dòng)力學(xué)性能很差。體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)釩基固溶體主相的Ti-V-Cr系合金是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ母呷萘績(jī)?chǔ)氫材料。它具有儲(chǔ)氫量大、氫在氫化物中擴(kuò)散速度較快，抗粉化性好，可在室溫下活化，理論吸氫量可達(dá)3.8wt％等優(yōu)點(diǎn)；但也存在有效放氫量偏低、吸放氫壓力滯后大、平臺(tái)斜率較大以及釩的價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。T.Tamura研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于TiVCrMn合金，當(dāng)Mn＜10αt％，Mn可有效的改善合金貯氫平臺(tái)斜度且不減小可逆貯氫量。陳立新等人研究發(fā)現(xiàn)：用Mn部分替代Cr后，TiV_1.35Cr_1.35-xMn_x(x＝0～0.45)合金的放氫平臺(tái)變得平坦。目前合金中V的含量較高，由于V的價(jià)格相對(duì)比較昂貴，實(shí)際上也限制了這些合金的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服TiVCr合金放氫平臺(tái)斜率大這一缺點(diǎn)，提供一種具有平坦的吸放氫平臺(tái)特性的貯氫合金。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

一種壓力平臺(tái)平坦的BCC結(jié)構(gòu)貯氫合金，其特征在于該貯氫合金具有體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)，放氫壓力平臺(tái)斜率St為1.6～0.4，常溫下吸氫量為2.3～3.9wt.％，放氫量為1.8～2.8wt.％。

所述的壓力平臺(tái)平坦的BCC結(jié)構(gòu)貯氫合金，其化學(xué)組成為T(mén)i_aV_bCr_cNb_d，0.7≤a≤1.3，0.2≤b≤1.0，1.0≤c≤1.6，0.05≤d≤0.8。

所述的壓力平臺(tái)平坦的BCC結(jié)構(gòu)貯氫合金，其特征在于0.8≤a≤1.2，0.5＜b≤0.9，1.1≤c≤1.3，0.05≤d≤0.3，合金結(jié)構(gòu)為單一的BCC結(jié)構(gòu)。

所述的壓力平臺(tái)平坦的BCC結(jié)構(gòu)貯氫合金，其特征在于0.8≤a≤1.2，0.2≤b≤0.5，1.1≤c≤1.3，0.3＜d≤0.8，合金結(jié)構(gòu)以BCC相為主，含少量Laves相的兩相共存結(jié)構(gòu)。

所述的壓力平臺(tái)平坦的BCC結(jié)構(gòu)貯氫合金，其特征在于該貯氫合金的點(diǎn)陣常數(shù)為0.3055～0.3110nm。

所述的壓力平臺(tái)平坦的BCC結(jié)構(gòu)貯氫合金，其特征在于該貯氫合金的點(diǎn)陣常數(shù)為0.3077～0.3104nm，其平臺(tái)斜率St為1.18～0.41。

貯氫合金的吸放氫壓力平臺(tái)斜率為St＝dlnP/d(_H/M)，式中P為平臺(tái)壓力。

本發(fā)明所述的貯氫合金可通過(guò)如下方法制備：純度均高于99.5％的單質(zhì)金屬按比例稱取10g，在氬氣保護(hù)下采用真空非自耗電弧爐熔煉成鑄錠，翻身熔煉四次使試樣成分盡量均勻。也可以采用其它的制備方法，如在真空高頻感應(yīng)爐氬氣保護(hù)下翻身熔煉3～4次，熔煉后所得的鑄態(tài)紐扣狀合金。

試樣在空氣條件下機(jī)械粉碎至50～100目后進(jìn)行活化。活化時(shí)先將試樣置于反應(yīng)器中，在353K條件下抽真空1小時(shí)，接著通入4MPa氫氣保溫15分鐘，然后在室溫下充入4Mpa氫氣8～10小時(shí)。在恒溫水浴條件下，通過(guò)ZN-1智能型PCT曲線測(cè)試儀進(jìn)行貯氫性能測(cè)試。吸氫量定義為試樣在4MPa平衡氫壓條件下試樣的吸氫量，有效貯氫量是指合金的可逆吸放氫量，定義為氫壓從4MPa降到0.0005MPa過(guò)程中合金的放氫量。