[發明專利]一種超高壓金屬氫化物氫壓縮材料

在審

• 申請號: 201410797598.1
• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN105755381A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 郭秀梅;涂有龍;李志念;葉建華;袁寶龍;王樹茂;劉曉鵬;蔣利軍
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

技術領域

本發明涉及一種應用于氫壓縮機的材料，尤其涉及一種超高壓金屬氫化物氫壓縮材料，屬于金屬氫化物氫壓縮技術領域。

背景技術

氫是一種理想的潔凈燃料和未來的重要二次能源。隨著以氫為燃料的燃料電池以及電動汽車的迅速發展，車載儲氫技術及氫能基礎設施的研究與建設已引起各個國家的普遍關注，但是傳統的機械式氫壓縮機存在體積大、質量重、電耗高、水耗多、能量效率低等缺點，難于滿足高效車載儲氫技術的要求，因此，金屬氫化物氫壓縮技術替代傳統機械式氫壓縮機為外界提供高壓氫氣已成為重要趨勢。金屬氫化物在低溫時吸氫壓力低、高溫時放氫壓力高，利用金屬氫化物的這一特點對氫氣進行增壓來替代機械式氫壓縮機，可以達到非常高的目標氫壓，這種技術被稱為金屬氫化物氫壓縮技術。

金屬氫化物氫壓縮技術是一種化學熱壓縮，利用金屬氫化物的吸放氫壓力隨溫度的變化規律遵循Van'tHoff方程這一特性來實現高壓氫氣的制取。金屬氫化物氫壓縮技術的核心是氫壓縮材料的研制。對于氫壓縮用金屬氫化物材料而言，一般要滿足下列要求：(1)大的儲氫容量，即合金在所要求的溫度下具有高的吸放氫能力；(2)平坦的平臺壓力，保證在給定的操作溫度下有足夠的放氫壓力和較大的壓縮氫量；(3)小的壓力滯后損失，在給定操作溫度下可獲得高壓縮比；(4)大的氫化物生成熱、高的壓縮比，在一定操作溫度下可在較低壓力下吸氫而獲得較高的釋氫壓力，或者在指定的釋氫壓力條件下可降低釋氫溫度；(5)良好的動力學性能，以提高供應氫的流量和流速。(6)長的循環壽命，良好的抗中毒和抗老化性能。為此，各國的科學家們進行了廣泛的研究工作，尋求具有優異性能的金屬氫化物氫壓縮材料。目前文獻和專利報道的金屬氫化物氫壓縮材料主要包括AB₅型稀土系和Ti-Mn系AB₂型Laves相合金，分別作為單級或配合作為雙級氫壓縮材料在氫壓縮機中進行應用。但是這兩類材料在水溫(＜100℃)下的產品氫壓較低，如AB₅型氫壓縮材料水溫下的產品氫壓一般不超過10MPa，目前報道的Ti-Mn系AB₂型氫壓縮材料在100℃下的放氫壓力最高為45MPa。而目前車載儲氫系統的壓力目標已由35MPa向70MPa發展，45MPa的供氫壓力顯然已無法滿足要求，因此，需開發具有更高放氫壓力的金屬氫化物氫壓縮材料。ZrFe₂合金氫化物在45℃時的放氫壓力即可達到65MPa，但其吸放氫滯后較大，并且活化困難，可以通過對其進行合金化的方法，來改善材料的綜合氫壓縮性能。

發明內容

基于此，本發明的目的在于提供一種超高壓金屬氫化物氫壓縮材料，該材料易于活化，吸放氫滯后小，合金動力學性能好。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種超高壓金屬氫化物氫壓縮材料，該材料為儲氫合金，其化學組成為Zr_xTi_yFe_zM_wMm_v，其中M為Ni、V、Mn、Cu、Co或它們的組合；x、y、z、w分別表示Zr、Ti、Fe和M的原子比，v為富鈰稀土Mm在合金中的摩爾含量，x為0.5-1.0，y為0-0.5，z為1.5-2.5，w為0-0.5，v為0-0.05。

其中，優選地，1.9≤x+y≤2.1；更優選地，x+y＝1。

其中，優選地，1.8≤z+w≤2.2；更優選地，z+w＝2.05。

其中，所述富鈰稀土Mm中各組分及含量為：Ce45％-54％、La17％-32％、Pr4％-8％、Nd10％-18％，其他稀土元素1％-6％。

本發明中，所述儲氫合金為單一的C15型面心立方Laves相結構或以C15型面心立方Laves相為主、摻雜少量C14型六方結構Laves相的復合相結構。

本發明的超高壓金屬氫化物氫壓縮材料可以通過以下方法制備得到：將純度大于99wt％的金屬原料采用高頻懸浮熔煉或中頻感應熔煉得到合金鑄錠，隨后將得到的合金鑄錠在真空或惰性氣體保護下，在800℃-1000℃下退火24-72h。

本發明的優點在于：

(1)本發明為多元合金化的金屬氫化物氫壓縮材料，可以根據實際需要對合金進行多元取代，從而獲得不同的目標放氫壓力。

(2)本發明的金屬氫化物氫壓縮材料易于活化，吸放氫滯后小，合金動力學性能好，可在100s內吸氫飽和，并且合金抗粉化性能良好。