[發(fā)明專利]一種常溫活化型稀土儲氫合金及其制備方法與應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110994941.1
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113718153A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 陳慶軍;周璐;馬傳明
• 申請（專利權）人: 中國科學院江西稀土研究院
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22F1/02;C01B3/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 邊人洲

本發(fā)明提供了一種常溫活化型稀土儲氫合金及其制備方法與應用，所述常溫活化型稀土儲氫合金的組成通式為：Ti_zZr_1?zCr_xMn_2?xM_y，其中0.6≤x≤1.5，0.01≤y≤0.05且0.5≤z≤0.8；M包括稀土元素；其制備方法為：按所述常溫活化型稀土儲氫合金的組成通式中的元素比例混合原料，依次進行熔煉、退火和活化得到所述常溫活化型稀土儲氫合金。本發(fā)明通過簡易的制備方法得到了一種常溫活化型稀土儲氫合金，其可以實現(xiàn)在≤25℃條件下的活化，且具有成本低、吸放氫量高、易活化和循環(huán)穩(wěn)定性良好的有益效果。

技術領域

本發(fā)明屬于材料技術領域，涉及一種儲氫合金，尤其涉及一種常溫活化型稀土儲氫合金及其制備與應用。

背景技術

由于氫氣的燃燒生成水，不會污染環(huán)境，且燃燒的熱量約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，所以氫能是代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石燃料的可持續(xù)清潔能源之一。氫氣高效和安全的儲氫是氫能使用的關鍵。目前，儲存氫氣的方式有很多，主要包括高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫以及固態(tài)儲氫三類，但這些儲氫方法中存在成本較高、風險系數(shù)高、安全性能差及不適合大規(guī)模使用等問題。

某些金屬可以與氫氣反應形成金屬氫化物，同時伴有放熱現(xiàn)象；通過加熱，儲存在金屬中的氫氣能夠釋放出來，同時伴有吸熱現(xiàn)象，所以目前儲氫合金被大量研究。儲氫合金一般分為AB₅型、AB₂型、AB型，A₂B型和釩基固溶體型。其中以LaNi₅為代表的AB₅型，儲氫量低，僅為1.38wt.％；AB₂與AB型合金儲氫均在2.0wt.％左右，成本雖低但存在活化困難的問題；以Mg₂Ni為代表的A₂B儲氫量雖高，但放氫溫度高達200℃以上，不適合日常使用；釩基固溶體儲氫量雖高，但成分昂貴且不適合大批量生產。

目前，已經(jīng)有多種解決方法來克服儲氫合金活化困難的問題。例如，化學表面改性、球磨合金以及通過高壓扭轉進行塑形加工等手段。其中，向AB₂合金中添加稀土元素，被認為是解決活化困難問題的最經(jīng)濟有效的方案。

CN 107574363A公開了一種鐵磁性的Fe-Dy儲氫材料及其制備方法，由Fe和稀土Dy為原料，經(jīng)電弧熔煉和熱處理制得化學式為Fe₁₇Dy₂的儲氫材料，同時其是具有Th₂Ni₁₇型六方晶體結構的鐵磁性材料，飽和磁化強度為62-100Am²/kg，居里溫度為90-100℃，儲氫性能為0.1-0.2wt.％。其公開的Fe-Dy儲氫材料制備過程復雜，儲氫量低，吸放氫溫度較高，活化困難且循環(huán)穩(wěn)定性能有待改善。

CN 107338385A公開了一種體心立方結構為主的儲氫高熵合金及其制備方法，其組成主要包括Ti、Zr、Nb、Hf和Co等，制備方法是采用非自耗真空電弧爐熔煉制備合金；采用真空吸鑄，將合金吸鑄到水冷銅模中，獲得高熵合金棒。其公開的儲氫高熵合金吸放氫溫度過高，不適合日常使用，活化性能和循環(huán)性能有待改善。

CN 111893361A公開了一種AB₂型儲氫合金及制備方法，該合金包括廣義的二元AB₂型儲氫合金系，其中A元素主要包括Mg、Ca、Ti、Y和La等，B元素包括V、Cr、Cu、Co、Ni和Fe等，制備方法是將配好的原料放入真空感應爐坩塌中烘烤除氣，熔煉至合金完全熔化后，精煉，冷卻后得到合金鑄錠；合金鑄錠翻面，反復熔煉2～3次；將所得合金鑄錠置于真空或充有氬氣氣氛的容器中，進行退火處理，獲得退火合金鑄錠。其公開的合金在較高吸放氫容量下，能減少氫致非晶化，使電化學性能得到較大提升。雖然儲氫循環(huán)性能有所改善，但是其活化處理條件苛刻且所需活化溫度高，不適應大批量生產。