[發明專利]一種儲氫高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202111657219.5
• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114293086B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 原建光;武英;周少雄
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃安泰創明先進能源材料研究院有限公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 榮紅穎;劉春成

本發明公開了一種儲氫高熵合金，成分表達式為Ti_aZr_bFe_cMn_dCr_eV_f：其中，5at％≤a≤35at％，5at％≤b≤35at％，5at％≤c≤35at％5at％≤d≤35at％，5at％≤e≤35at％5at％≤f≤35at％，且a+b+c+d+e+f＝100。該儲氫高熵合金具有C14Laves單相結構。通過調節高熵合金組元及其配比，可以使其具有高的儲氫容量、快的吸氫動力學和優良的吸氫循環穩定性。該高熵合金采用電弧熔煉的方法制備，制備工藝簡單，易于活化，在350℃～400℃下經過1次吸放氫循環即可實現完全活化，所以該高熵合金在新能源領域具有一定的應用前景。

技術領域

本發明屬于儲氫合金和高熵合金領域，具體涉及一種C14 Laves單相的儲氫高熵合金材料。

背景技術

能源，作為人類生存發展的最重要動力之一，對人類社會的發展有著不可或缺的作用。目前，針對新能源的研究正在大幅增加，例如通過風力渦輪機和光伏回收儲存能量，但是，這些能量輸出技術都嚴重依賴于不斷變化的自然條件，比如風速、云量和其他與天氣相關的現象，很少能滿足商業需要。因此，綜合考慮各項新能源技術的環境兼容性、安全性、運輸條件等因素，氫被認為是最佳的能量儲存載體，具有儲量豐富、經濟效益高、清潔環保和能量密度高等優點，其燃燒熱為(1.21～1.43)×10⁵kJ·kg^-1H₂，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍和焦炭的4.5倍。

目前常用的儲氫方式包括低壓液態儲氫、高壓氣態儲氫、固態儲氫和有機液態儲氫。液態儲氫是指在-253℃下將氫氣壓縮液化，并儲存在低溫絕熱的容器中，其具有能量密度和體積密度大的優點，目前被廣泛應用于航空航天和軍事領域。但是液態儲氫能耗高，安全性和經濟性都比較差，而且對于罐體的絕熱性能要求高，因此在實際生產中受到較大的限制。高壓氣態儲氫是指通過高壓壓縮儲存氣態氫氣，其具有儲氫罐結構簡單，充放氫速度快的優點，是目前應用較多，技術相對成熟的儲氫方式。但是高壓氣態儲氫在壓縮過程中會造成能量損失，而且使得成本增加，同時在運輸過程中也存在著較大的安全隱患。有機液態儲氫是利用氫氣與有機介質產生化學反應以儲存氫氣的方式，其化學反應產生的有機氫化物具有儲氫密度高、安全性高、可反復使用的優點，但是有機液態儲氫也存在著放氫溫度高、能耗大、效率低等缺點。

近年來，金屬儲氫材料受到了人們廣泛的關注。金屬儲氫材料屬于固態儲氫，它解決了高壓氣態儲氫和低壓液態儲氫的高壓和低溫的問題，具有儲氫密度高、安全性高和運輸方便的優點。

目前，儲氫合金主要分為五大類，分別是鎂系、釩系、鋯系、鈦鐵系和稀土系。其中，鎂系放氫性能不佳，放氫溫度高且動力學性能差；釩系雖然儲氫容量高，但是難活化，動力學性能差，放氫性能差；鋯系放氫溫度高；鈦鐵系不易活化；稀土系儲氫容量低，循環穩定性差；鈦鋯系儲氫合金具有能夠吸氫的Laves相，具有儲氫容量高，循環壽命長等優點，但也存在活化困難等一些難以克服的缺點。

基于以上對于儲氫合金的簡單分析，目前還沒有能夠完全滿足要求的金屬儲氫材料，嚴重限制了氫能的發展應用。

發明內容

針對現有技術中金屬儲氫合金存在的儲氫容量低、活化性能差、吸放氫動力學慢和循環穩定性差的問題，本發明提出了一種儲氫高熵合金及其制備方法，該高熵合金包含Ti、Zr、Fe、Mn、Cr和V元素，其中單質V元素也是一種具有優異儲氫性的材料，其儲氫量高達3.8wt.％，但是單質V活化性能和循環穩定性差，而且價格昂貴，因此該金屬儲氫合金添加Mn和Cr元素，以提高儲氫材料的循環壽命，同時Mn元素可以提高活化性能和吸氫速率，除此之外，還可以通過調節各元素配比，獲得兼具儲氫容量高、易于活化、吸氫動力學好和循環穩定性好的儲氫高熵合金材料；且該合金制備工藝簡單，具有較大的發展空間。

為達到上述目的，本發明通過以下技術方案實施。