[發明專利]一種可逆室溫儲氫高熵合金、其制備及其應用

有效

• 申請號: 202011278390.0
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112501485B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 薛云飛;李笑錫;李云凱;王本鵬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C01B3/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 周蜜;仇蕾安

本發明涉及一種可逆室溫儲氫高熵合金、其制備及其應用，屬于儲氫材料技術領域。本發明所述高熵合金由Ti、V、Nb、Cr和M組成，M為Zr、Ni、Mn、Fe、Co、Mo、Al、Hf和Ta中的至少一種，通過調節高熵合金的組元及其配比，可以使其兼具高儲氫量、室溫快速吸氫以及較低放氫溫度的性能；另外，該高熵合金制備工藝簡單，容易活化，在300℃～400℃下經過1～2次吸放氫循環便可實現活化，所以該高熵合金在新能源以及供電系統領域具有巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種可逆室溫儲氫高熵合金、其制備及其應用，屬于儲氫材料技術領域。

背景技術

能源是支撐人類社會生產與經濟發展重要的物質基礎。目前主要依靠化石燃料等非可再生能源，然而化石能源資源有限，而且帶來的環境問題日益突出，因此開發新能源迫在眉睫。氫能、太陽能、風能以及生物質能被認為是很有潛力的清潔新能源。其中，氫的儲存是氫能發展利用的關鍵問題。

目前，氫氣的儲存方式主要有兩大類，物理方法和利用儲氫材料儲存。物理方法主要有高壓氣罐和低溫液態。高壓氣罐儲氫密度較高，但在儲存和運輸過程中的安全性較低。低溫液態儲氫需要將氫冷卻到20K的超低溫，這所消耗的能量約占氫能的35％左右，而且在儲存過程中還要用隔熱層來防止液氫的蒸發，應用嚴重受限。為了克服物理儲氫的不足，發展了一類儲氫材料，其主要有金屬有機框架、復雜氫化物、有機液體儲氫、化學結合儲氫以及儲氫合金。儲氫合金是指某些金屬或合金在特定的條件下會將氫吸附到金屬的間隙中形成金屬氫化物，在一定的條件下金屬氫化物中儲存的氫又會釋放出來，其由于體積儲氫密度高、安全高效且不需要高壓及隔熱容器而成為一種極具前景的儲氫材料。

儲氫合金的種類主要有稀土系、鈦鐵系、鋯系、釩系和鎂系。稀土類合金儲氫容量低且成本高；鈦鐵系活化困難，抗雜質氣體能力弱；鋯系氫化物太穩定，放氫溫度太高；釩系吸氫過程需分兩步進行且初始氫平衡壓低，使得放氫率較低；鎂系吸放氫動力學性能差、熱力學穩定性高，使得放氫溫度高。綜上所述，現有的儲氫合金均難以兼顧高儲氫量、室溫吸氫以及較低放氫溫度等綜合性能要求。

發明內容

針對目前儲氫合金材料存在的不足，本發明提供一種可逆室溫儲氫高熵合金、其制備及其應用，通過調節高熵合金的組元及其配比，獲得兼具高儲氫量、室溫快速吸氫以及較低放氫溫度的高熵合金儲氫材料；該高熵合金的制備工藝簡單，而且活化容易，具有巨大的應用前景。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種可逆室溫儲氫高熵合金，所述高熵合金的化學式記為Ti_aV_bNb_cCr_dM_y，M為Zr、Ni、Mn、Fe、Co、Mo、Al、Hf和Ta中的至少一種；

其中，5at％≤a≤40at％，25at％≤b≤40at％，5at％≤c≤30at％，10at％≤d≤30at％，0at％≤y≤20at％，且60at％≤a+b+c≤85at％以及a+b+c+d+y＝100。

進一步地，Ti_aV_bNb_cCr_dM_y高熵合金中，M為Zr、Ni、Mn、Fe、Co、Mo、Al、Hf和Ta中的至少一種，20at％≤a≤40at％，25at％≤b≤40at％，5at％≤c≤30at％，10at％≤d≤20at％，0at％≤y≤15at％，且70at％≤a+b+c≤85at％以及a+b+c+d+y＝100。

進一步地，M為Zr、Hf或Ta。

本發明所述可逆室溫儲氫高熵合金的制備方法，所述方法步驟如下：