一种掺杂多主元贮氢合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种掺杂多主元贮氢合金及其制备方法，该合金成分为(Ti

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂多主元贮氢合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及多主元贮氢合金领域，具体涉及一种掺杂多主元贮氢合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]开发清洁高效的绿色能源将是解决能源危机与全球变暖的重要手段。尽管氢气是一种清洁高效的绿色能源，是化石燃料重要的替代品。但氢能的实际应用仍然面临这许多困难。而制约氢能利用最关键的技术瓶颈之一，就是氢气的储存与运输。相比于高压气态储氢、液态储氢，固态贮氢同时兼具了高贮氢密度、高安全性以及价格相对低廉的优势，是一种十分有前景的技术。尽管如此，传统的贮氢合金也存在一些不足之处，使得贮氢合金的大规模运用仍然难以实现。如Mg及其合金，其放氢动力学性能缓慢，放氢温度较高。而ZrCo合金存在歧化效应，这将导致ZrCo合金性能的衰减。TiFe虽然成本低廉，但其储氢量不高，且活化困难。LaNi5虽然易于活化，且动力学性能较好，但储氢量仍然达不到使用需求。因此，发展具有优异储氢性能的新型贮氢合金是实现氢能利用的关键基础。
[0003]多主元合金一般具有四种及以上金属组元，其多元素种类及成分比例的可调节性，使得其在新型贮氢合金的开发上有更多的可能性。多主元合金具有一些独特晶格特征，如严重的晶格畸变使得其有可能具有与传统合金完全不同的性能。对TiVNb，TiVZrNb，以及TiVZrNbHf多主元合金及其氘化物的研究表明多主元合金的氘原子占位与其品格畸变有着非常重要的关系。TiZrHfVNb高熵合金中的品格畸变提供了更多包容氢的间隙位置，贮氢容量得到提高。虽然多主元合金具有优异的氢化性能以及易于调控的优异特性，但目前多主元贮氢合金中存在的如贮氢量较低、活化性能较差等问题成为了限制其发展的关键因素之一。因此急需发展一种针对多主元合金的贮氢性能提升技术。
[0004]为了解决上述问题，研究人员采用了元素成分比例调节、复合材料、添加催化剂、元素掺杂等多种技术。其中元素掺杂是提升储氢合金的储氢量、活化性能、动力学性能的重要手段。研究表明La、Ce、Ho掺杂的Ti
1.02
Cr
1.1
Mn
0.3
Fe
0.6
合金相比掺杂前品格常数更大，储氢量提高约10％；同时，掺杂也给氢原子的扩散提供了更多的通道，使得其活化性能也大大提升。另外，关于Nd掺杂的Nd
4.3
Mg
87.0
Ni
8.7
合金的研究发现合金在氢化过程中原位形成了NdH2‑
Mg
‑
Mg2Ni复合结构，大量的晶界给氢原子扩散提供了通道，从而提升了其动力学性能。对于贮氢合金而言，元素掺杂能够提升其动力学性能，降低氢化物的热稳定性，但是对储氢量的影响却极其有限。最近，研究发现用Pd对ZrCo合金进行表面修饰可以大大降低其吸氢活化能，从而提升其动力学性能，Pd在其中起到了催化H2解离的作用。但是Pd修饰的ZrCo合金的储氢量却没有明显提升。
[0005]此外，大多数元素掺杂技术的掺杂元素含量在(1％～10％)，需要消耗更多的原料，且难以实现极其微量掺杂元素在合金中的均匀分布。对于Co掺杂TiFe
0.8
Mn
0.2
的研究发现5％的Co(TiFe
0.8
Mn
0.2
Co
0.05
)元素掺杂有效吸氢量仅提升了6.51％，但是动力学性能以及最大吸氢量均有所降低。另外，掺杂5％的Y后TiV
1.1
Mn
09
的最大吸氢量提升了18％。在上述案
例中，虽然掺杂对贮氢合金的储氢量有了明显改善，但掺杂元素的含量均较高。由于活性金属如Pd、Pt、Au等价格昂贵，为了降低贮氢合金的制造成本就需要减少掺杂元素的浓度。因此，降低掺杂元素的含量，提高掺杂元素的均匀分布，同时大大提高贮氢合金的最大吸氢量及活化性能是急需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，提供一种掺杂多主元贮氢合金及其制备方法，以达到降低掺杂元素含量，提高掺杂元素分布均匀性，同时提高其储氢量以及活化性能的目的。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种掺杂多主元贮氢合金，所述合金成分为(Ti
a
Zr
b
Hf
c
)
x
(A
d
B
e
)
y
M，其中元素M为Au、Pd、Pt中任意一种，(Ti
a
Zr
b
Hf
c
)
x
(A
d
B
e
)
y
与M的质量份数比为1∶0.0005～1∶0.0015；其中，元素A、B分别为W、Mo、Nb、Al、Sc中的任意一种，各元素原子比例范围分别为：0.2≤a≤0.4，0.2≤b≤0.4，0.2≤c≤0.4，a+b+c＝1；0.3≤d≤0.7，0.3≤e≤0.7，d+e＝1；0.5≤x≤0.7，0.3≤y≤0.5，x+y＝1。
[0009]一种基于前述的掺杂多主元贮氢合金的制备方法，所述制备方法按以下步骤完成：
[0010](1)制备由活性金属元素M制成的活性金属元素M金属丝，所述活性金属元素M金属丝的直径小于0.05mm，所述M为Au、Pd、Pt中任意一种。
[0011](2)根据各元素的摩尔质量，按照一定原子比称取Ti金属颗粒、Zr金属颗粒、Hf金属颗粒、A金属颗粒、B金属颗粒；按照一定质量份数比称取M金属丝；
[0012](3)为了使元素分布均匀，将所述活性金属元素M金属丝缠绕在金属颗粒上；
[0013](4)将所述金属颗粒和金属丝放入真空电弧熔炼炉的样品腔室的铜坩埚中，然后用真空泵对样品腔室抽真空至真空度为30～50Pa；
[0014](5)对所述金属颗粒和金属丝进行熔炼，直至所述金属颗粒和金属丝溶解均匀，得到掺杂多主元贮氢合金；
[0015](6)将所制备的微量掺杂多主元贮氢合金退火处理。
[0016]进一步，步骤(6)具体为：将掺杂多主元贮氢合金切割成若干小方片，将小方片放入吸氢测试系统的样品室中，依次采用机械泵、分子泵、离子泵对样品室抽真空，当吸氢测试系统的样品室真空度低于真空度阈值时，将吸氢测试系统的样品室温度缓慢升温至400℃～600℃，并保温4小时以上，得到单相掺杂多主元贮氢合金。
[0017]进一步，步骤(2)中，所述Ti、Zr、Hf、A、B金属颗粒纯度均在99％以上。
[0018]进一步，步骤(1)中，所述M金属丝原料纯度在99.9％以上。
[0019]进一步，步骤(4)中，所述真空度阈值为5
×
10
‑3Pa。
[0020]本专利技术的优点与积极效果如下：
[0021]本专利技术应用一种微量元素掺杂技术，解决了微量元素在合金中分布均匀的瓶颈难题，实现在降低掺杂元素含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂多主元贮氢合金，其特征在于，所述合金成分为(Ti
a
Zr
b
Hf
c
)
x
(A
d
B
e
)
y
M，其中元素M为Au、Pd、Pt中任意一种，(Ti
a
Zr
b
Hf
c
)
x
(A
d
B
e
)
y
与M的质量份数比为1∶0.0005～1∶0.0015；其中，元素A、B分别为W、Mo、Nb、Al、Sc中的任意一种，各元素原子比例范围分别为：0.2≤a≤0.4，0.2≤b≤0.4，0.2≤c≤0.4，a+b+c＝1；0.3≤d≤0.7，0.3≤e≤0.7，d+e＝1；0.5≤x≤0.7，0.3≤y≤0.5，x+y＝1。2.一种基于权利要求1所述的掺杂多主元贮氢合金的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤完成：(1)制备由活性金属元素M制成的活性金属元素M金属丝，所述活性金属元素M金属丝的直径小于0.05mm，所述M为Au、Pd、Pt中任意一种。(2)根据各元素的摩尔质量，按照一定原子比称取Ti金...

【专利技术属性】
技术研发人员：申华海，李鹏程，张鉴玮，周晓松，龙兴贵，彭述明，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：