用于金屬氫化物化學(xué)氫壓縮的儲(chǔ)氫合金的研究.pdf

1、本文在全面綜述國內(nèi)外有關(guān)金屬氫化物壓縮機(jī)及化學(xué)熱壓縮儲(chǔ)氫材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,確定了以AB<,5>型混合稀土系、AB<,2>型Ti基、AB型TiFe基合金三類典型儲(chǔ)氫合金為研究對(duì)象,以多元合金元素和A側(cè)過化學(xué)計(jì)量及B側(cè)添加微量元素為主要技術(shù)線路,設(shè)計(jì)了Mm<,(1-x-y)>Ml<,x>(CaCu)<,y>Ni<,5-x>M<,x>(M=Mn、Al)、Ti<,1+x>Cr<,1.2>Mn<,0.8-y>M<,y>(M=Fe、Ni、Cu、

2、VFe)和Ti<,1.1>Fe+5wt.﹪M(M=Mg、Ca、M1)合金系列.系統(tǒng)研究了這些合金的晶體結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)氫性能以及壓縮特性.研制出若干具有良好儲(chǔ)氫性能的金屬氫化物壓縮材料. XRD衍射分析表明,AB<,5>Mm<,1-x-y>Ml<,x>(CaCu)<,y>Ni<,(5-x)>M<,x>(M=Mn、Al)合金系列具有相同的晶體結(jié)構(gòu),都為CaCu<,5>型六方晶體,沒有第二相產(chǎn)生.不同稀土元素及其含量對(duì)合金晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)有明顯

3、影響.Ce/La組分比噌加,晶胞參數(shù)c/a隨之增加,并且呈線性變化.Ml、ca、Cu部分替代Mm,B側(cè)少量的Al、Zr替代,明顯改善MmNi<,5>合金的活化和滯后特性.Mm<,0.6>Ml<,0.1>Ca<,0.2>Cu<,0.1>Ni<,4.5>Mn<,0.4>Al<,0.1>Zr<,0.05>合金與Mm<,0.2>Ml<,0.5>Ca<,0.2>Cu<,0.1>Ni<,4.5>Mn<,0.4>Al<,0.1>Zr<,0.05>合金

4、的滯后因子H<,f>分別為0.2和0.16,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于MmNi<,5>的滯后因子1.81.Mm<,0.6>Ml<,0.1>Ca<,0.2>Cu<,0.1>Ni<,4.5>Mn<,0.4>Al<,0.1>Zr<,0.05>合金具有良好的儲(chǔ)氫特性和壓縮特性.其活化無需孕育期,經(jīng)3-5次吸放氫循環(huán)即可被完全活化.氫化物生成焓△H<'0>=31.5 kJ/molH<,2>,室溫吸氫平臺(tái)壓力Pα=1.73MPa,儲(chǔ)氫容量Cmax=142 ml/g.

5、采用其作為壓縮材制作單管壓縮器,其放氫溫度為100℃時(shí),放氫平衡壓力達(dá)到18MPa;反應(yīng)溫度為160℃時(shí),氫壓可達(dá)到40MPa. 對(duì)AB2型Ti<,1+x>Cr<,1.2>Mn<,0.8-y>M<,y>(M=Fe、Ni、Vfe、Cu、V)系列合金的相結(jié)構(gòu)研究表明,合金主相仍為C14(MgZn<,2>)型Laves相.對(duì)Ti<,1+x>Cr<,2-y>Mn<,y>系列合金的研究主要是利用A側(cè)Ti過化學(xué)計(jì)量和Mn對(duì)Cr的部分替代以探

6、索合金的儲(chǔ)氫性能及壓縮特性的變化.在Ti<,1+x>Cr<,1.2>Mn<,0.8>系列合金中,隨著A側(cè)Ti含量的增加,合金的活化性能得到了很大的改善,平臺(tái)壓力降低,滯后明顯減小.在Ti<,1+x>Cr<,2-y>Mn<,y>系合金系列中,Cr含量的增加,吸放氫平臺(tái)壓力明顯升高,滯恬減小.研究表明Ti<,1.1>Cr<,1.2>Mn<,0.8>表現(xiàn)出綜合性能,其在25℃吸氫量為197 ml、g,放氫量為173 ml/g,增壓至40MPa

7、僅需加熱到131℃.在此基礎(chǔ)上三元合金研究的基礎(chǔ)上,通過Fe、Ni、Vfe、Cu、V過渡元素的替代對(duì)合金進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化.所有上述合金元素對(duì)Mn的部分,均使合金的吸放氫量明顯增加.TiCr<,1.2>Mn<,0.5>Fe<,0.3>合金與Ti<,1.1>Cr<,1.2>Mn<,0.5>Cu<,0.3>合金的吸氫量分別達(dá)到215ml/g、219 ml/g,放氫率也都達(dá)到90﹪以上.當(dāng)放氫溫度為100℃時(shí),其放氫平衡壓力分別為31.1 Mpa

8、、26.1MPa.當(dāng)放氫壓力要達(dá)到40MPa時(shí),放氫溫度分別為112℃和119℃. 對(duì)AB型合金,開展了Ti<,1.1>Fe+5wt﹪M (M=Mg、Ca、Ml)系列的研,結(jié)果表明,對(duì)Ti過量和添加Ca、Mg、或Ml等吸氫元素的AB型合金,其主相仍為TiFe相.與Ti<,1.1>Fe合金相比,Ti<,1.1>Fe+5wt﹪Ml合金相結(jié)構(gòu)沒有太大變化,基本上呈單一的TiFe相.但Ti<,1.1>Fe+5wt﹪Mg合金和Ti<,1.