[發明專利]用于確定儲氫合金吸/放氫熱力學參數的方法

有效

• 申請號: 201310352010.7
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN103439474A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 程宏輝;王篤雄;黃新;李超;嚴凱;王昌龍;王妹婷
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01N33/20
• 分類號: G01N33/20;G01N35/00
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

技術領域

本發明涉及一種合金材料關鍵性能參數的獲取方法，特別是一種用于確定儲氫合金吸/放氫熱力學參數的方法。?

背景技術

上世紀六十年代人們發現一些合金能夠快速大量地可逆吸放氫氣，從而引發了世界范圍內對儲氫合金的研究熱潮。目前儲氫合金已在氫氣的儲運和壓縮、同位素分離和儲存、熱泵與空調、鎳氫電池、金剛石合成、氨合成、永磁體生產等眾多領域得到廣泛應用。在各種應用中，合金吸/放氫過程所伴隨的焓變ΔH^o、熵變ΔS^o、吉布斯自由能變ΔG^o是必須弄清的重要參數，因為它們決定了不同應用領域對儲氫合金的選擇，以及某個溫度下，反應的方向。比如，對于熱泵的應用，一般要求儲氫合金吸氫焓變的范圍為-29.2~-37.6?kJ/molH₂；對于電池的應用，一般要求吸氫焓變的范圍在-25~-50?kJ/molH₂；對于燃料電池汽車儲氫的應用，一般要求放氫焓變范圍在15~24?kJ/molH₂。由于氫化反應的熵變主要取決于分子氫向溶解氫的轉變，因此不同合金的氫化反應其熵變基本相同，在-130?J/(molH₂K)左右。盡管如此，對于氫增壓應用，獲得比較精確的熵變值仍是非常必要的。?

對于合金吸/放氫過程焓變和熵變的傳統獲取方法是：首先通過Sieverts裝置進行步進式充放氫實驗，測定合金吸/放氫靜態壓力-濃度等溫線，然后由實驗者根據測得的等溫線估計出不同溫度下的反應平臺壓，依據范特霍夫關系擬合獲得焓變和熵變。由于很多環節都是人為操作完成，特別是其中的反應平臺壓是人為估計得到的，因此采用傳統方法無法實現計算機自動分析，一方面造成分析工作量大，另一方面導致相關過程隨意性強，沒有比較固定的標準，所獲得的數據分散性較大，出現錯誤的概率大大增加，不利于得出可靠的研究結論。對于吉布斯自由能變，實驗者一般也是根據已經得到的焓變和熵變手工計算得到，因此上述問題也同樣存在。?

發明內容

本發明的目的是提供了一種用于確定儲氫合金吸/放氫熱力學參數的方法，快速、高效、準確，克服了以往儲氫合金吸/放氫熱力學參數數據誤差大，可靠性低，分析過程工作量大，無法實現計算機自動分析的缺點。?

本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種用于確定儲氫合金吸/放氫熱力學參數的方法，包括以下步驟：?

（1）稱取儲氫合金樣品放入儲氫合金吸/放氫性能測試儀的樣品室中；?

（2）由低溫到高溫，在不同溫度下，對儲氫合金樣品進行儲氫合金吸/放氫壓力-濃度等溫線的測試，獲得儲氫合金吸/放氫壓力-濃度等溫線測試數據；

（3）在MATLAB軟件的Workspace中建立一個包含有多列測試數據的數組，將獲得的儲氫合金吸/放氫壓力-濃度等溫線測試數據中的樣品室溫度、氫濃度和氫壓力數據按先后順序分別填入對應的數組中得到實驗數據數組；

（4）將實驗數據數組進行分割，得到對應不同溫度且相互關聯的儲氫合金吸/放氫壓力-濃度等溫線數據數組；

（5）將每個儲氫合金吸/放氫壓力-濃度等溫線數據數組中含零數據行去掉；

（6）將每個儲氫合金吸/放氫壓力-濃度等溫線數據數組繼續分割成吸氫和放氫兩部分，分割點為每條儲氫合金吸/放氫壓力-濃度等溫線的反應平衡壓最大值位置；

（7）分別對每個儲氫合金吸放氫壓力-濃度等溫線數據數組中吸氫和放氫數據進行保形插值處理，獲得大量內插數據點；

（8）步驟（7）得到的內插數據點的橫坐標表示氫濃度n，縱坐標表示反應平衡壓p，對內插數據點進行?微分處理獲得的極大值，其極大值所對應的反應平衡壓作為吸/放氫壓力-濃度等溫線的反應平臺壓，相繼獲得不同溫度下儲氫合金吸放氫壓力-濃度等溫線反應平臺壓，將不同溫度下儲氫合金吸放氫壓力-濃度等溫線反應平臺壓中屬于吸氫過程的構成一個數組，屬于放氫過程的構成一個數組；

（9）將吸/放氫過程所有測試點對應的樣品室溫度取平均值，該平均值作為儲氫合金吸/放氫壓力-濃度等溫線的反應溫度，將儲氫合金吸/放氫壓力-濃度等溫線的反應溫度中屬于吸氫過程的構成一個數組，屬于放氫過程的構成一個數組，并保證各溫度數組中數據順序與上述相關反應平臺壓數組中的數據順序一致；?