[發明專利]一種氫同位素貯存合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201910490079.3
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110195173A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 陳立新;梁趙青;肖學章;姚振東
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/02;B22D11/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明涉及氫同位素貯存與供給技術，公開了一種高循環穩定性能的氫同位素貯存合金及其制備方法，所述氫同位素貯存合金的化學通式為ZrCo_1?xCu_x，其中，0.1≤x≤0.3。本發明還公開了一種用于制備上述氫同位素貯存合金鑄錠以及薄帶的制備方法。本發明的優點在于，儲氫合金具有較高的循環穩定容量和較好的循環穩定動力學，提高了儲氫合金的循環壽命，并且改變了放氫坪臺特性、熱力學特性以及出現了一種為正交晶系CrB?type晶體結構的新氫化物相ZrCoH_x(x約為0.6)。此外，該氫同位素貯存合金的制備方法工藝簡單，成本低廉，令其尤為適用于ITER的氫同位素貯存與供給材料。

技術領域

本發明屬于氫同位素貯存與供給技術領域，涉及一種高循環穩定性的ZrCo基氫同位素貯存合金及其制備方法。

背景技術

隨著人類對能源的需求越來越大，地球上現存的一次能源難以為繼，發展高效、清潔可再生能源迫在眉睫。

核能由于具有能量比密度高，單位發電成本低廉，受氣候地域資源等影響因素小等顯著優勢，在新能源建設中目前處于優先發展的地位。國際熱核實驗堆(ITER)是基于磁約束可控核聚變技術的一項重大國際科技合作項目，該項目采用氘氚核聚變反應釋放巨大能量。由于反應物燃料氚具有放射性，且非常稀缺，因此需要對氚這種放射性氣體燃料進行安全、高效的儲存、運輸、供給以及在氚處理循環系統中從多種惰性氣體流中回收氚。

氫的同位素貯存的方式很多，但是從安全和高效的角度考慮，固態儲氫技術是最符合ITER應用要求的。固態儲氫是利用儲氫合金吸附大量的氫同位素形成常溫下穩定的氫化物，并在一定溫度下可重新釋放氫同位素，實現控制放射性氚的可逆吸放，從而實現氚的循環利用。

ZrCo基合金由于具有室溫吸氫坪臺壓低(～10^-3Pa)、吸放氫速率快，無放射性以及不會自燃等優點，使其被列為ITER設計中氫同位素貯存與供給的重要備選材料。

在ZrCo基合金實際使用時，需要考慮其在吸放氫循環過程中的容量和動力學衰退問題。研究表明，ZrCo基合金本身的循環穩定性能極差，在循環過程會發生不可逆的歧化反應(2ZrCo+H₂→ZrCo₂+ZrH₂)，這導致有效吸放氫容量出現快速衰退，且其室溫吸氫動力學也出現惡化，這影響ZrCo基合金的循環使用壽命。

CN101748321A公開了一種儲氫同位素合金材料，具體為一種具有高溫效抗氫誘發歧化反應的Zr-Co-M儲氫同位素合金，其由通式Zr_1-xM_xCo表示，其中M＝Ti或Hf，0.1≤x≤0.3，該合金的室溫吸氫平衡壓力低于0.1Pa，0.10MPa氫分解吸附溫度不高于673K，室溫最大儲氫容量不小于1.7wt％。合金在0.10MPa初始氫壓力、673K使用條件下的抗氫誘發歧化比ZrCo合金提高4倍以上。

CN105568110A公開了一種用于貯存氚的AB型儲氫合金及其制備方法，其組分通式為Zr_1-xTi_xCo_1-yFe_y，其中0.1≤x≤0.4，0.1≤y≤0.2。該發明提供的儲氫合金具有良好的抗氫致歧化性能，優異的吸放氫動力學性能及室溫氫化物平衡壓力，室溫吸氫平衡壓力坪臺低于10^-1Pa，儲氫容量達到1.9wt％。

在ITER聚變反應堆運行過程中，氫同位素氣體的供給和回收都有使用壽命、循環容量和室溫吸氫動力學的要求，因此，提高ZrCo基合金的循環使用壽命問題對其在聚變反應堆中的應用具有重大的意義。

發明內容

本發明針對現有技術中的ZrCo基氫同位素貯存合金普遍存在循環容量衰減嚴重的缺點，提供了一種高循環穩定性能的ZrCo基氫同位素貯存合金及其制備方法。