[發(fā)明專利]一種再生ZrCo基氫同位素貯存材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710251317.6
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107298429B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設計）人: 寇化秦;黃志勇;唐濤;桑革;何暉;劉夢佳
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王育信

本發(fā)明公開了一種再生ZrCo基氫同位素貯存材料的方法，即將待再生的ZrCo基氫同位素貯存材料置于溫度為T、氫氣壓力為P的條件下處理10 min~300 min，即再生完成，所述T、P的關系為P（bar）＜0.005×T（℃）－2.71。本發(fā)明方法克服了現有ZrCo基氫同位素貯存材料不能在較高溫度下使用，且發(fā)生歧化反應后ZrCo基氫同位素貯存材料再生工藝復雜、氫同位素回收困難、再生成本高的不足，具有方法簡單、再生效果顯著且再生成本較低的優(yōu)勢。

技術領域

本發(fā)明涉及氫同位素儲存與供給技術領域，具體涉及一種再生ZrCo基氫同位素貯存材料的方法。

背景技術

隨著化石能源的急劇減少以及環(huán)境問題的日益嚴重，開發(fā)一種可再生的清潔能源已經成為一項迫在眉睫的任務。其中，由于聚變反應堆以氫同位素氣體為核燃料，即通過燃燒氘氚等離子體從而釋放出巨大的能量，但并不產生高放射性廢物，是一種優(yōu)良的清潔能源，因此受到了人們的重點關注。設計建造的國際熱核實驗反應堆（ITER）和籌建的中國聚變工程實驗堆（CFETR）的目的之一即是開發(fā)利用該清潔能源。由于在聚變反應堆運行時，必須根據實際運行場景為其供給或回收氫同位素氣體，加上氚的稀缺性與放射性，因此在實際使用過程中實現氫同位素安全高效地儲存與供給，是聚變能大規(guī)模發(fā)展與應用的關鍵。

考慮到氚具有放射性，相比于氣態(tài)、液態(tài)的貯存方式，固態(tài)貯存在安全性、高效性以及操作簡便性方面具有明顯的優(yōu)勢，并且考慮到氘和氚都是氫的同位素，因而儲氫技術也可用于氘、氚的貯存與供給，而通過固態(tài)金屬或合金在較低溫度、較低氫壓下吸氫或放氫，即可實現氫同位素的貯存與供給。因此，利用金屬氫化物可逆吸/ 放氫的特性，選擇合適的氫化物，即可進行固態(tài)氫同位素（氕、氘、氚）的安全貯存、轉移、泵輸、純化與捕集。

ZrCo基合金由于具有低的平衡離解壓、快的吸氫速率、非核、低自燃以及貯氚時材料的穩(wěn)定性，已經成為ITER設計中氫同位素貯存與供給的重要備選材料。然而，本申請發(fā)明人在ZrCo基合金用于氫同位素處理的過程中卻發(fā)現，它在多次吸放氫（H、D、T）循環(huán)后會發(fā)生歧化反應（2ZrCo + H₂ → ZrH₂ + ZrCo ₂，2ZrCoH₃ → ZrH₂ + ZrCo ₂ + 2H₂），由于ZrH₂的分解溫度（＞700℃）比ZrCo氫化物高得多，在通常情況下ZrCo ₂也不會發(fā)生吸/放氫反應，因而會造成氫同位素的顯著滯留，致使ZrCo合金的可逆吸/放氫容量、動力學和循環(huán)性能發(fā)生嚴重衰減，導致其儲氫性能惡化，因此在實際使用過程中需要對歧化后的ZrCo基合金進行再生處理，使其從歧化態(tài)重新轉化為ZrCo合金態(tài)，從而恢復其氫同位素儲存的能力。

大量研究結果已經揭示，決定ZrCo基合金是否發(fā)生歧化以及歧化程度的關鍵因素為溫度和氫壓。一般來說，溫度越高或氫壓越高，越容易誘發(fā)ZrCo發(fā)生歧化。例如，Shim等的研究表明（Shim M, Chung H, Cho S, Yoshida H. Disproportionationcharacteristics of a zirconium-cobalt hydride bed under ITER operatingconditions [J]. Fusion Sci Technol, 2008, 53: 830-840.），當溫度高于350℃、氫壓大于3.1 kPa時ZrCo基合金對歧化就會非常敏感。因此，為了盡量避免ZrCo基合金歧化，在實際應用過程中都是控制在較低溫度下使用，但這相應會導致ZrCo基合金的放氫量和放氣速率較低，對ZrCo基合金的應用和推廣十分不利。