制备储氢合金的方法技术

本公开涉及制备能够吸收和释放氢的基于TiMn或基于TiCrMn的储氢合金。在优选的实施方式中，基于TiMn或基于TiCrMn的储氢合金包含铁钒(VFe)。钒(VFe)。钒(VFe)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备储氢合金的方法
[0001]本申请要求2019年8月5日提交的名称为“储氢合金(Hydrogen Storage Alloys)”的澳大利亚临时专利申请No 2019902796的优先权，将其全部内容通过交叉引用的方式并入本文。


[0002]本专利技术涉及能够吸收和释放氢的储氢合金。更具体地，本专利技术涉及能够在适中的温度和压力下吸收和释放氢的储氢合金。

技术介绍

[0003]作为可再生能源，氢是具有吸引力的主题，并且有潜力成为化学电池、远程发电、家用供暖和便携式发电的成本经济型的替代方案。氢是非常活泼的气体，在任何化学燃料中每单位重量的能量密度是最高的，但它的体积能密度非常低。
[0004]商业上可行的储氢系统理想地需要下述储氢材料，此种储氢材料具有高储氢容量、合适的解吸温度/压力特征(profile)、良好的动力学、良好的可逆性、耐受污染物毒性或氧化、相对较低的成本，或者这些性能中的任何两种或多种的组合。特别地，低解吸温度对于降低释放氢所需的能量的量而言是期望的；良好的可逆性使得储氢材料能够进行反复吸收
‑
解吸循环，而不显著损失储氢能力；并且良好的动力学使得氢气能够在合适的时间范围内被吸收或解吸。
[0005]已知某些金属和合金用于氢的可逆储存。金属或合金系统中氢的固相储存的工作原理是通过在特定的温度/压力或电化学条件下形成金属氢化物来吸收氢，并通过改变这些条件来释放氢。当与处于碱金属、碱土金属、过渡金属和稀土金属形式的金属氢化物相结合时，氢可以被安全地储存。金属氢化物系统通过将氢原子插入金属晶格提供了高密度储氢的优势。
[0006]已知表示为A
x
B
y
(其中，A和B通常分别代表形成氢化物的元素和非氢化元素)的各种金属间化合物。然而，这种合金具有一系列问题或缺陷，包括妨碍所储存的氢气的完全释放的高迟滞(Peq_abs>>Peq_des)、对氧化的高敏感性、对杂质的敏感性、自燃性、低储氢容量、高氢解吸平台压力、吸收和释放氢以满足特定的应用要求的能力(包括接入产氢装置(包括电解器、蒸汽重整器等)和氢消耗装置(包括燃料电池)的能力)不足、以及高成本等。
[0007]金属氢化物合金的组成影响合金可结合、储存和释放氢的程度。迄今为止，包括在商业规模上，尚未开发出具有适用于电解器和燃料电池的氢吸收/解吸特征和其它性能的金属氢化物合金。
[0008]需要替代的储氢合金。还需要能够改善或基本上克服本领域已知的合金的一种或多种缺点或缺陷的储氢合金。还需要制备储氢合金的替代方法。

技术实现思路

[0009]根据第一方面，本专利技术涉及制备具有性能特征的基于TiMn或基于TiCrMn的储氢合
金的方法，所述方法包括改变所述合金的组成以实现所述性能特征，
[0010]其中，改变所述合金的组成包括如下的至少一项：
[0011](a)使所述合金中包含VFe和任选的一种或多种额外的改性剂元素(M)；
[0012](b)改变所述合金中的两种以上元素的比例；以及
[0013](c)在900℃
‑
1200℃的退火温度下使所述合金退火。
[0014]在一个或多个实施方式中，所述性能特征包括选自如下的至少一种性能：增加的H2储存容量、增加的H2吸收/释放压力、降低的H2吸收/释放压力、降低的平台斜率(plateau slope)、降低的迟滞(hysteresis)、以及基本上平坦的平衡平台压力。
[0015]在一个或多个实施方式中，所述性能特征包括增加的H2储存容量，并且改变所述组成包括使所述合金中包含VFe。
[0016]在一个或多个实施方式中，所述性能特征包括增加的H2吸收/释放压力，并且改变所述组成包括使选自Fe、Cu、Co和Ti的至少一种改性剂元素包含在内。
[0017]在一个或多个实施方式中，所述性能特征包括降低的H2吸收/释放压力，并且改变所述组成包括使选自Zr、Al、Cr、La、Ni、Ce、Ho、V和Mo的至少一种改性剂元素包含在内。
[0018]在一个或多个实施方式中，所述性能特征包括降低的平台斜率，并且改变所述组成包括使选自Zr和Co的至少一种改性剂元素包含在内。在一个或多个实施方式中，添加Zr以作为Ti的部分替代。在一个或多个实施方式中，添加Co以作为Mn的部分替代。
[0019]在一个或多个实施方式中，所述性能特征包括降低的迟滞，并且改变所述组成包括如下的至少一项：
[0020](i)改变所述合金中Mn与Cr的比例；
[0021](ii)使所述合金中包含VFe；以及
[0022](iii)包含Zr以作为Ti的部分替代。
[0023]在一个或多个实施方式中，所述方法进一步包括在900℃
‑
1100℃的温度下退火。
[0024]在一个或多个实施方式中，所述性能特征适用于使所述合金与电解器和燃料电池一起工作。在一个或多个实施方式中，所述合金的性能特征包括基本上平坦的平衡平台压力。在一个或多个实施方式中，所述基本上平坦的平衡平台压力使得所述合金能够在恒定压力下从所述电解器输送的恒定氢供应中吸收氢，并将氢释放到所述燃料电池中。
[0025]在一个或多个实施方式中，所述合金在30bar下的可逆储氢容量为至少1.5wt％H2、或至少1.6wt％H2、或至少1.7wt％H2、或至少1.8wt％H2、或至少1.9wt％H2、或至少2wt％H2、或至少2.1wt％H2、或至少2.2wt％H2、或至少2.3wt％H2、或至少2.4wt％H2、或至少2.5wt％H2、或至少2.6wt％H2、或至少2.7wt％H2、或至少2.8wt％H2、或至少2.9wt％H2、或至少3wt％H2、或至少3.25wt％H2、或至少3.5wt％H2、或至少3.75wt％H2、或至少4wt％H2。
[0026]在一个或多个实施方式中，所述合金能够以至少80％、至少85％、至少90％或至少95％的效率在环境温度下储存氢。
[0027]在一个或多个实施方式中，所述储氢合金具有式Ti
x
Zr
y
Mn
z
Cr
u
(VFe)
v
M
w
，其中，
[0028]M为选自V、Fe、Cu、Co、Mo、Al、La、Ni、Ce和Ho中的一种或多种的改性剂元素；
[0029]x为0.6
‑
1.1；
[0030]y为0
‑
0.4；
[0031]z为0.9
‑
1.6；
[0032]u为0
‑
1；
[0033]v为0.01
‑
0.6；
[0034]w为0
‑
0.4。
[0035]在一个或多个实施方式中，v为0.02
‑
0.6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备具有性能特征的基于TiMn或基于TiCrMn的储氢合金的方法，所述方法包括改变所述合金的组成以实现所述性能特征，其中，改变所述合金的组成包括如下的至少一项：(a)使所述合金中包含VFe和任选的一种或多种额外的改性剂元素(M)；(b)改变所述合金中的两种以上元素的比例；以及(c)在900℃
‑
1200℃的退火温度下使所述合金退火。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述性能特征包括选自如下的至少一种性能：增加的H2储存容量、增加的H2吸收/释放压力、降低的H2吸收/释放压力、降低的平台斜率、降低的迟滞、以及基本上平坦的平衡平台压力。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述性能特征包括增加的H2储存容量，并且改变所述组成包括使所述合金中包含VFe。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其中，所述性能特征包括增加的H2吸收/释放压力，并且改变所述组成包括使选自Fe、Cu、Co和Ti的至少一种改性剂元素包含在内。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中，所述性能特征包括降低的H2吸收/释放压力，并且改变所述组成包括使选自Zr、Al、Cr、La、Ni、Ce、Ho、V和Mo的至少一种改性剂元素包含在内。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的方法，其中，所述性能特征包括降低的平台斜率，并且改变所述组成包括使选自Zr和Co的至少一种改性剂元素包含在内。7.根据权利要求6所述的方法，其中，添加Zr以作为Ti的部分替代。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，添加Co以作为Mn的部分替代。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的方法，其中，所述性能特征包括降低的迟滞，并且改变所述组成包括如下的至少一项：(i)改变所述合金中Mn与Cr的比例；(ii)使所述合金中包含VFe；以及(iii)包含Zr以作为Ti的部分替代。10.根据权利要求1
‑
9中任一项所述的方法，所述方法进一步包括在900℃
‑
1100℃的温度下退火。11.根据权利要求1
‑
10中任一项所述的方法，其中，所述性能特征适用于使所述合金与电解器和燃料电池一起工作。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述合金的所述性能特征包括基本上平坦的平衡平台压力。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述基本上平坦的平衡平台压力使得所述合金能够在恒定压力下从所述电解器输送的恒定氢供应中吸收氢，并将氢释放到所述燃料电池中。14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述合金在30bar下的可逆储氢容量为至少1.5wt％H2、或至少1.6wt％H2、或至少1.7wt％H2、或至少1.8wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤弗朗索瓦，
申请(专利权)人：新南创新私人有限公司，
类型：发明
国别省市：