[發明專利]一種改善ZrCo合金動力學和脫氫性能的儲氫材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202111631359.5
• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號: CN114231769A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 王鳳;梁麗娜;楊永健;翟思霖;王江;王仲明;鄧建秋;周懷營
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C16/00;C22C30/00;C01B3/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 陶平英

本發明公開了一種改善ZrCo合金動力學和脫氫性能的儲氫材料及其制備方法，儲氫材料的通式為Zr_0.8Ti_0.2Cr_xCo_1?x，其中0＜x≤0.15，經測試，制得的儲氫材料以ZrCo為主相，第二、三相為laves相，在200℃時，所有樣品的儲氫量均高于1.5 wt.%，吸氫飽和所需時間從2500s縮短到1000s左右。其制備方法包括以下步驟：以高純Zr、V、Co元素為原料，按0.8：0.2：x：1?x的原子百分比稱取材料，采用非自耗鎢電極對原料進行熔煉，在熔煉過程中多次翻轉樣品確保合金成分均勻。本發明克服了ZrCo合金活化困難的缺點，其制備工藝簡單，合金有優異的活化性能和脫氫性能，對促進ZrCo合金在儲氫領域的應用和擴展有積極影響。

技術領域

本發明涉及功能性能源材料技術領域，具體是一種改善ZrCo合金動力學和脫氫性能的儲氫材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著化石燃料的急劇減少和環境問題的日益嚴重，開發可再生的清潔能源已成為人類的緊迫任務。基于氘氚核聚變反應的核聚變能因其能量釋放量大、燃料資源豐富而被認為是人類獲取能量的主要途徑之一。

在20世紀80年代中期發起了耗資數十億歐元的國際熱核實驗反應堆（ITER）計劃，旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆，為人類輸送巨大的清潔能量。這一過程與太陽產生能量的過程類似，因此受控熱核聚變實驗裝置也被俗稱為“人造太陽”。我國于2003年加入ITER計劃，科技部設立重大專項支持ITER計劃的研究。中科院等離子體所等單位是這個國際科技合作計劃的國內主要承擔單位，其研究建設的EAST裝置穩定放電能力為創記錄的103秒，超過世界上所有正在建設的同類裝置。

然而在ITER計劃中，氘氚燃料的回收、儲存和運輸一直是受人關注的熱點問題。由于氘、氚具有放射性，因此儲存裝置是必須關注的重點。

對于氫同位素的儲存，傳統的儲氫同位素方式多采用高壓氣瓶儲存或者是液態方式儲存，成本高且存在安全隱患。作為固態儲氫方式代表之一的儲氫合金，相比液態和氣態儲存來說認為是最有發展前景的氫同位素存儲方式之一，它具有儲氫密度大，可逆吸放氫，儲存運輸安全等優點。

在固態氫同位素儲存中，與AB₂型、Mg₂Ni或其他鎂基儲氫合金相比，ZrCo合金在室溫下有獨特的低平衡吸附壓力，可以確保在較低的壓力下實現氚飽和，避免放射性氣體氚的泄漏。不僅如此，ZrCo合金無輻射、不自燃且固氦能力強，吸氫量約為1.9 wt. %，吸氫平臺壓低約為10^-3pa，但其存在活化困難以及在反復的吸/放氫循環中或高溫條件下，容易出現歧化反應產生不吸氫的ZrCo₂相和難吸氫的ZrH2相，導致儲氫容量降低，放氫速率減慢，從而限制了它的應用。但目前專利CN110562912A公開了一種提高ZrCo基氫同位素貯存材料吸放氫循環性能的方法，該方法中提出了ZrCo2和ZrH2相在550℃下抽真空一小時能恢復到ZrCo相。

因此，開發提高ZrCo基合金動力學的材料及其制備方法對氫同位素的儲存和發展有著重大的意義。

發明內容

本發明的目的在于針對ZrCo基合金活化困難的缺點，提供一種改善ZrCo合金動力學和脫氫性能的儲氫材料及其制備方法。該儲氫材料活化塊，脫氫性能優異。

實現本發明目的的技術方案是：

一種改善ZrCo合金動力學和脫氫性能的儲氫材料，該儲氫材料的通式為Zr_0.8Ti_0.2Cr_xCo_1-x，其中0＜x≤0.15，Zr元素的原子百分比是0.8，Ti元素的原子百分比是0.2，Cr原素的原子百分比是x, Co元素的原子百分比是1-x。

一種改善ZrCo合金動力學和脫氫性能的儲氫材料的制備方法，包括如下步驟：