适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于高压‑金属氢化物储氢的储氢合金及其制备方法，涉及新能源领域，本采用Ti‑Cr‑Fe‑Mn基合金，在具体成分上大大提高Fe、Mn两种地壳中丰富且价格低的元素的含量，具有成本低、储氢含量高、储氢压力高的特点，该储氢合金活化不需要经过高温，常温抽真空，低温经过一段时间孕育吸氢，3‑5次即可将合金完全活化，放氢速度快，243K条件下的放氢坪台压在1.0‑2.5 MPa之间，最大储氢容量可达到1.88wt%以上，可逆储氢容量在272 K温度下达到1.63 wt%，在318‑338K条件下的放氢坪台压在15‑50 MPa之间，合金成本比较低，为适用于45 MPa加氢站用的储氢合金，提高了加氢站的加氢能力，改善了储氢罐的氢气输出压力，提高了氢气输出的平稳性，适应不同场合的需求，具有更高的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金及其制备方法
本专利技术涉及新能源领域，具体的说是一种适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金及其制备方法。
技术介绍
传统能源消耗带来了巨大的环境污染，包括全球变暖、酸雨、光污染等，对人身体和生活带来巨大的危害。不可再生能源在当今社会依然占据非常大的比重，而可再生能源的有效利用已经成为亟需解决的重要课题。能量的来源决定了能量在社会循环中的污染基数，这样势必要加大可再生能源在能源社会中的比重，可再生能源（风能、太阳能、地热、潮汐能、生物质）的缺点主要表现为其输入输出不稳定性和区域性过剩，需要将各种可再生能源转化为一种可持续、稳定储存、运输以及输出的能源。氢气由于其清洁、高效、可再生等优点，成为最佳的能源载体，通过燃烧氢气或燃料电池发电输出稳定的能量。氢燃料电池的出现，尤其是氢燃料电池车的应用和推广为交通运输领域内的污染降低提供了一种潜在的、切实可行的路径，氢燃料电池车的产物只有水，不带来任何污染。2018年以来，氢燃料电池车得到的政策的大力扶持和推广。广东省出台了《加快氢燃料电池汽车产业发展工作计划》，山东省征集了《山东省氢能源产业中长期发展规划》，山西省出台了《山西省新能源汽车产业2019行动计划》，江苏省苏州市、南通市、张家港、浙江宁波、嘉兴、湖南株洲、安徽六安、吉林白城、河北张家口、上海、四川成都省等县市均出台了相关的氢能发展政策和规划，山西大同，广东佛山，河南郑州，湖北武汉等地先后陆续开展燃料电池公交车商业化运营。有关规划明确指出，2020年实现5000辆级规模特定地区公共服务领域氢燃料电池汽车的示范应用，建成100座加氢站；2025年建成300座加氢站；2030年建成1000座加氢站。加氢站的建设投入比正逐步扩大。加氢站高压气体储氢密度较低，需要较频繁的开启压缩机进行压缩做功，传统的压缩机其噪声大，润滑系统要求高，易故障，维修比较困难。采用高压储氢合金制作的静态氢压缩机具有较高的体积储氢密度、温和的操作条件、安全性高、紧凑、可靠性高等优点。采用高压-金属氢化物复合储氢系统作为静态氢压缩机可以兼具高体积储氢密度和充放氢速率快的双重优点，减少了高压氢压缩机的开启频率和开启时间，降低高压氢压缩机故障率和能量消耗。现有加氢站贮氢容器最高压普遍为45MPa，现有的不同系列的储氢合金中，TiFe合金虽然制造成本较低，但难活化且容易中毒，LaNi5稀土系和Mg系其储氢压力较低，吸放氢过程中需要较多的热量消耗，且超出IV型瓶的最佳使用温度范围，而Ti-Cr-Fe-Mn基合金具有较高的储氢容量，Ti、Cr、Fe、Mn元素的价格差异比较大，Ti是该类合金唯一的A侧合金，而B侧元素Cr、Fe、Mn的单质金属价格大约为83000、15000、18000元。Ti-Cr基合金中B侧元素Cr比例大，金属Cr的价格昂贵，制备成本高。
技术实现思路
为解决上述存在的技术问题，本专利技术提供了一种适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金及其制备方法，适用于45MPa高压储氢，合金中B侧元素Mn比例大，合金制备成本低，储氢量高，能够实现低温活化，适应不同场合的需求。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金，所述储氢合金可由通式TixCr1-yFeyMn1.0(1.02≤x≤1.1，0.05≤y≤0.3)表示。一种适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金的制备方法，通过如下步骤实现：1）按化学通式的比例准备金属原料Ti、Cr、Fe及过计量Mn，熔炼前将电弧炉腔室抽真空至5.510-3Pa，通入0.85-9atm的高纯Ar，熔炼1.5min，共翻面3次；2）取出熔炼后的样品，称量质量，若质量多于标准量，再进行熔炼，翻面1次；3）再次取出熔炼后的样品，称量质量，与化学通式计算质量相近，其值误差在±0.015g，然后将熔炼好的样品在3.510-3Pa真空的热处理炉中通入0.5-0.6atm高纯Ar气，升温至1000℃下热处理2h，然后快速冷却得到合金成品；4）熔炼后的合金成品进行机械打磨，破碎至粒径<1mm。进一步地，步骤1）中所述的各金属原料均为金属单质，Ti>99.7%，Cr>99.5%，Fe>99.9%，Mn>99.9%。进一步地，步骤1）中Mn的添加量为按照所述式的比例添加107-112wt%。进一步地，所述步骤4）中的破碎过程在低氧、低氮、低水环境或氩气环境下进行。本专利技术储氢合金采用Ti-Cr-Fe-Mn基合金，在具体成分上大大提高了Fe、Mn两种地壳中丰富且价格低的元素的含量，具有成本低、储氢含量高、储氢压力高的特点，该储氢合金活化不需要经过高温，常温抽真空，低温经过一段时间孕育吸氢，3-5次即可将合金完全活化，放氢速度快，243K条件下的放氢坪台压在1.0-2.5MPa之间，最大储氢容量可达到1.88wt%以上，可逆储氢容量在272K温度下达到1.63wt%，在318-338K条件下的放氢坪台压在15-50MPa之间，合金成本比较低，为适用于45MPa加氢站用的储氢合金，提高了加氢站的加氢能力，改善了储氢罐的氢气输出压力，提高了氢气输出的平稳性，适应不同场合的需求，具有更高的推广应用价值。附图说明图1.为实施例2、6制备的TixCr0.9Fe0.1Mn1.0(x=1.02,1.05,1.1)合金吸放氢循环前后的XRD图谱；图2.为实施例1、7制备的Ti1.1Cr0.95Fe0.05Mn1.0和Ti1.02Cr0.85Fe0.15Mn1.0合金吸放氢循环前后的XRD图谱；图3.为实施例5制备的Ti1.05Cr1-yFeyMn1.0(y=0.1,0.2,0.25)合金吸放氢循环前后的XRD图谱；图4.为实施例1中制备的储氢合金的PCT曲线图；图5.为实施例2中制备的储氢合金的PCT曲线图；图6.为实施例3中制备的储氢合金的PCT曲线图；图7.为实施例4中制备的储氢合金的PCT曲线图；图8.为实施例5中制备的储氢合金的PCT曲线图；图9.为实施例6中制备的储氢合金的PCT曲线图；图10.为实施例7中制备的储氢合金的PCT曲线图；图11（a）.为Ti1.1Cr0.9Fe0.1Mn1.0合金的第一次活化曲线；图11（b）.为Ti1.05Cr1-yFeyMn1.0(y=0.1,0.2,0.25)合金的第一次活化脱氢曲线；图11（c）.Ti1.1Cr0.9Fe0.1Mn1.0合金活化完全后233K放氢动力学曲线；图12.为Ti1.02Cr0.9Fe0.15Mn1.0合金在201K下活化放氢曲线；图13.为Ti1.02Cr0.9Fe0.15Mn1.0合金在173-183K下活化放氢曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述：一种适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金，所述储氢合金可由通式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金可由通式Ti

【技术特征摘要】
1.一种适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金可由通式TixCr1-yFeyMn1.0(1.02≤x≤1.1，0.05≤y≤0.3)表示。


2.根据权利要求1所述的一种适用于高压-金属氢化物储氢的储氢合金的制备方法，其特征在于，通过如下步骤实现：
1）按化学通式的比例准备金属原料Ti、Cr、Fe及过计量Mn，熔炼前将电弧炉腔室抽真空至5.510-3Pa，通入0.85-9atm的高纯Ar，熔炼1.5min，共翻面3次；
2）取出熔炼后的样品，称量质量，若质量多于标准量，再进行熔炼，翻面1次；
3）再次取出熔炼后的样品，称量质量，与化学通式计算质量相近，其值误差在±0.015g，然后将熔炼好的样品在3.510-3Pa真空的热处理炉中通入0.5-0.6atm...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑梅，王伟峰，张天馨，张海涛，李海文，李星国，
申请(专利权)人：上海福绥宇海新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31