一种适用于低压固态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低压固态储氢的储氢合金及其制备方法，所述储氢合金可由R

【技术实现步骤摘要】
一种适用于低压固态储氢的储氢合金及其制备方法
本专利技术属于新能源材料领域，涉及一种适用于低压固态储氢的储氢合金及其制备方法。
技术介绍
当今社会能源与环境问题的凸显迫使人们寻求清洁的可再生能源，从而使得储量丰富、来源广泛、零污染的氢能跃入人类的视野，并受到日益广泛关注。当前，以氢燃料电池为代表的氢能产业正在加速发展，受到世界发达国家政府和企业的高度重视，已成为世界经济新的增长点。我国也高度重视氢能的发展及应用。根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》预计，到2030年，我国氢燃料电池车保有量将达到200万辆，占全国汽车总产量比重约5%。届时，中国有望成为全球最大的燃料电池汽车市场，氢燃料电池汽车产业产值有望突破万亿元大关。氢燃料电池汽车产业链包括制氢、运氢、加氢、车载储氢、燃料电池系统、汽车电力驱动系统等环节。但受氢燃料自身特性限制，车载储氢当前已成难以攻克的环节。目前车载储氢技术主要有高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢等。高压气态储氢因技术相对成熟、成本相对较低成为目前氢燃料电池汽车主要储氢技术，其车载储氢瓶大多使用35MPa高压储氢瓶，体积储氢密度为20kg/m³，但目前高压加氢站成本偏高，而且仍存在体积储氢密度偏低和安全隐患大等问题。低压固态储氢技术因其具有高安全性和高密度的特点而备受关注，其工作压力仅有5MPa，而且体积储氢密度可达40-50kg/cm3。目前，在众多固态储氢材料中，储氢合金以其体积储氢密度高、安全稳定性好和应用条件温和而成为目前最具实际应用价值的选择。在现有不同系列的储氢合金中，AB5型储氢合金易活化、吸放氢速度快、滞后小，但合金储氢量低，难以满足日益增长的燃料电池产业需求，而AB2型储氢合金储氢量大，但其吸/放氢平台压力低且成本较高。此外，常见储氢合金还包括Ti、Zr系Laves相合金和Mg系合金，然而前者虽然储氢容量较高，但活化困难，动力学性能不理想；而后者储氢容量最具优势，但是吸放氢温度过高，动力学性能迟滞，均制约着其大规模应用。因此，开发储氢容量高、吸/放氢平台压力高、吸/放氢速率快、易活化的新型储氢合金以满足低压固态储氢装置及加氢站应用需求是目前低压固态储氢
亟待解决的关键技术问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术旨在提供一种适用于低压固态储氢的储氢合金，储氢合金的化学通式为R1-x-yMxMgy(Ni1-bTb)a，其具有易活化、储氢容量高、吸放氢速率快和适中的吸放氢氢气平台压，能够适用于1-5MPa低压固态储氢设备和35-70MPa加氢站，具有高安全性、高体积储氢密度和低成本的优点；本专利技术还提供了一种适用于低压固态储氢的储氢合金的制备方法，经过配料、熔炼及热处理制备储氢合金，步骤简单、易于控制，能够有效消除合金中AB5相和AB2相非超晶格结构，保证所得合金的超晶格相结构纯度及其储氢性能，便于产业化生产应用。本专利技术所提供的技术方案如下：一种适用于低压固态储氢的储氢合金，所述储氢合金化学通式为R1-x-yMxMgy(Ni1-bTb)a，式中：R选自稀土Y、Gd和Sm中至少一种元素，M选自La、Ce、Pr、Nd、Zr、Ti、Ca、Sc和V中至少一种元素，T表示选自Co、Mn、Cu、Fe、Sn、Ag、Cr、Mo、B、Si和Al中的至少一种元素，式中，x、y、a、b表示摩尔比，0≤x≤0.35，0.15≤y≤0.30，2.90≤a≤4.10，且b的取值满足0≤ab≤0.20。优选地，所述R选自Sm、Gd中的一种元素，M选自Y、Zr、Ti、V中的至少一种元素，T表示选自Co、Mn和Al中的至少一种元素。作为本专利技术的一种限定，所述储氢合金晶体结构由若干个AB5亚单元与1个A2B4亚单元按照点阵结构紧密排列，所述合金的晶体结构类型选自AB3型、A2B7型、A5B19型和AB4型相结构的六方晶系和三角晶系型空间构型中的一种或多种。由于不同元素的原子半径和电负性的差异，会影响储氢合金晶胞体积及氢与金属原子之间的作用力，本专利技术利用不同元素原子半径和电负性的差异，并通过与过渡金属元素原子的共同作用，制备出可增加合金储氢量、提高吸放氢平台和吸放氢动力学性能的低压固态储氢合金。经过本专利技术大量研究发现，Sm、Gd作为主要吸氢元素会使储氢合金吸放氢平台压力较高且储氢容量高；Y、Zr、Ti、V金属元素原子半径较小且电负性较强，可进一步调整合金的晶体结构，使合金吸放氢平台压力有所提高；而过渡金属元素Co、Mn和Al则可以提高储氢合金的吸放氢速率并改善其吸放氢滞后性。本专利技术储氢合金组成表达式组成范围内制备得到的合金为超晶格结构合金，合金储氢容量高、易活化、吸放氢速率快、吸放氢平台压力适中，适用于低压固体储氢装置。本专利技术的合金组成表达式中，当x＞0.25时，随着合金中主要吸氢元素含量的减少，所制备的合金储氢容量降低；当y＞0.30时，随着合金中Mg元素含量增大，所制备的合金中含有大量非超晶格AB2相结构，合金活化性能变得困难，而当y＜0.10时，随着合金中Mg元素含量减少，所制备的合金中含有大量非超晶格AB5相结构，合金吸放氢平台虽有所提高，但合金储氢容量却显著降低；当a＞4.20，随着合金中B侧元素含量的升高，同样地，所制备的合金中含有大量非超晶格AB5相结构，合金储氢容量却显著降低，而当a＜2.85，随着合金中B侧元素含量的降低，所制备的合金中含有大量非超晶格AB2相结构，合金活化性能变得困难；而当b＞0.30时，所制备的合金储氢容量降低且吸放氢平台下降。本专利技术还提供了一种适用于低压固态储氢的储氢合金的制备方法，按照如下的步骤顺序依次进行：（1）配料选择金属单质或合金化合物为原料，按照权利要求1所述的合金化学组成进行配料，考虑熔炼中挥发损失，配料时将相应元素的挥发量补充增加；（2）熔炼采用感应熔炼方法制备铸态合金，熔炼前将炉腔室抽真空至低于5Pa，通入高纯氩气至0.04～0.06MPa，开始熔炼至完全合金化，然后将金属Mg或镁金属合金采用二次加料方式加入，继续熔炼2-10min，最后将合金浇铸至水冷锭模中，冷却后获得合金铸锭；（3）热处理将步骤（2）获得的合金铸锭密封后置于真空退火炉中于氩气气氛、-0.06～-0.02MPa下进行热处理，得最终的储氢合金。作为本专利技术制备方法的一种限定，所述的退火处理按照如下阶段依次进行：第一阶段，从室温升高至600℃，保温1h；第二阶段，从600℃升温至950~1100℃，保温5~15h；第三阶段，随炉冷却至室温。作为本专利技术制备方法的进一步限定，所述第一阶段的升温速率为10～20℃/min；所述第二阶段的升温速率为5～10℃/min。在本专利技术的制备过程中，由于Mg、Mn、Al等金属熔点较低，在进行熔炼的过程中容易挥发，因此在配料时需要过计量添加，以保证熔炼得到的合金在预定比例范围内。在熔炼开始前，对熔炼装置进行抽真空处理并通入一定压力的高纯氩气，以降低合金中非金属杂质的含量，从而提高合金储氢量。由于超晶格本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于低压固态储氢的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金化学通式为R

【技术特征摘要】
1.一种适用于低压固态储氢的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金化学通式为R1-x-yMxMgy(Ni1-bTb)a，式中：R选自稀土Y、Gd和Sm中至少一种元素，M选自La、Ce、Pr、Nd、Zr、Ti、Ca、Sc和V中至少一种元素，T表示选自Co、Mn、Cu、Fe、Sn、Ag、Cr、Mo、B、Si和Al中的至少一种元素，式中，x、y、a、b表示摩尔比，0≤x≤0.35，0.15≤y≤0.30，2.90≤a≤4.10，且b的取值满足0≤ab≤0.20。


2.根据权利要求1所述的一种适用于低压固态储氢的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金晶体结构由若干个AB5亚单元与1个A2B4亚单元按照点阵结构紧密排列，所述合金的晶体结构类型选自AB3型、A2B7型、A5B19型和AB4型相结构的六方晶系和三角晶系型空间构型中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的一种适用于低压固态储氢的储氢合金，其特征在于，所述R选自Sm、Gd中的一种元素，M选自Y、Zr、Ti、V中的至少一种元素，T选自Co、Mn和Al中的至少一种元素。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种适用于低压固态储氢的储氢合金的制备方法，其特征在于，按...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩树民，张璐，王文凤，席宁，
申请(专利权)人：包头中科轩达新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15