一种高熵储氢合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高熵储氢合金，分子通式为Ti

【技术实现步骤摘要】
一种高熵储氢合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及储氢材料，特别涉及一种高熵储氢合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源是人类社会生产与发展的重要物质基础，到现在为止，全球的能源主 要是来自于化石能源的燃烧和加工，而与此同时引起的环境问题也日益严重。 因此清洁能源的开发也就成为了全世界关注的热点问题。对于氢能、风能以及 太阳能等可再生能源的讨论和研究也热火朝天起来。其中，关于氢的存储问题 是氢能研究方面的关键。
[0003]氢气的存储主要分为气态储氢、液态储氢和固态储氢。气态储氢主要是通 过高压气罐，通过这种方法储存氢气，虽然其储氢密度较高，但是在运输过程 中有较大的安全隐患。液态储氢是通过超低温的方式将氢气冷却成液态，但是 这种方式耗能较大，仅此过程消耗的能量要占到存储能量的25
‑
45％左右，同时 还要增加隔热层，应用受限。由此可见，固态储氢是较为合适的方式。在一定 温度和压力的条件下，通过储氢合金将氢吸附到金属的间隙中形成金属氢化物， 同时释放出大量的热量；而在一定条件下，储氢合金在吸收热量的同时又会释 放出吸收的氢气。但作为储氢介质，从可应用的前景来看，也需要满足具有高 且可逆的储氢容量，吸放氢平台适中，吸放氢平台小且滞后较小，合金易于活 化，具有较好的吸放氢动力学，同时资源丰富，成本较低等。
[0004]储氢合金的种类主要有稀土系、钛铁系、锆系、钒系和镁系。稀土类的储 氢合金储氢容量较低并且成本高；钛铁系储氢合金能够可逆的大量吸放氢，并 且元素资源丰富，但是活化比较困难；锆系放氢温度太高；钒系储氢合金动力 学性能差，放氢压力低，并且难于活化；镁系吸放氢动力学较差。
[0005]由于以上原因，现有的储氢合金难以满足应用要求，也就阻碍了储氢材料 的进一步发展。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的储氢材料吸放氢量小、活化性能不好、吸放氢温度较 高、滞后较大的问题，本专利技术的目的在于提供一种高熵储氢合金，具有高储氢 量、室温下可逆吸放氢同时滞后较小；同时不含稀土元素，成本低并且使用前 无需活化。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供上述高熵储氢合金的制备方法，制备工艺简单。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种高熵储氢合金，分子通式为Ti
a
Zr
b
Cr
c
Mn
d
Fe
x
Co
y
V
z
；
[0010]其中16≤a≤28at％，5≤b≤16at％，5≤c≤23at％，16≤d≤30at％，5≤x≤12at％， 5≤y≤16at％，5≤z≤8at％，且a+b+c+d+x+y+z＝100。
[0011]具体的，本专利技术的高熵储氢合金的工作条件为常温常压。
[0012]优选的，18≤a≤24at％，10≤b≤15at％，18≤d≤30at％，5≤x≤8at％，7≤y≤17at％， 5≤z≤7at％。
[0013]优选的，所述高熵储氢合金分子通式为Ti
18
Zr
15
Cr
17
Mn
18
Fe8Co
17
V7。
[0014]优选的，所述高熵储氢合金分子通式为Ti
20
Zr
13
Cr
17
Mn
25
Fe5Co
13
V7。
[0015]优选的，所述高熵储氢合金分子通式为Ti
24
Zr
10
Cr
17
Mn
30
Fe5Co7V7。
[0016]所述的高熵储氢合金的制备方法，包括以下步骤：
[0017]在氩气的保护下，将单质元素Ti、Zr、Cr、Mn、Fe、Co、V进行合金化熔 炼，完全熔融后形成块状合金，然后将合金翻转之后再进行二次熔炼，将合金 翻转多次之后，得到高熵储氢合金。
[0018]优选的，所述的高熵储氢合金的制备方法具体步骤如下：
[0019](1)按分子式称量各组分原料；
[0020](2)将称量好的各组分原料放入高真空的电弧熔炼炉中的水冷坩埚中，打 开冷却水，充入氩气；
[0021](3)开启电流，对原料进行熔炼；待原料熔炼至溶汤状时，开启磁搅拌， 时间控制在2.5～3.5min；
[0022](4)停止电流后，将合金翻面，并重复步骤(3)；
[0023](5)翻面4～5次后，待合金块完全冷却后取出，得到高熵储氢合金。
[0024]优选的，步骤(2)中，各组分原料按照成分的挥发难易程度由下至上放置 在水冷坩埚中。
[0025]优选的，步骤(2)中所述充入氩气，具体为：
[0026]先打开粗抽阀1～2分钟后关闭，充入氩气将管道残留的空气排出，再打开 粗抽阀和分子泵，待熔炉内的真空度低于2*10
‑3Pa后，充入氩气作为保护气体。
[0027]优选的，本专利技术的高熵储氢合金中Ti、Zr、V摩尔比为(2.6～3.5)：(1.5～2.2)： 1，有利于保证容量的同时降低吸放氢平台。
[0028]本专利技术的原理为：本专利技术的高熵储氢合金为BCC结构合金，主要为C14 Laves相，具有较好的储氢性能和动力学性能。本专利技术利用高熵合金本有的结构 和性能，通过成分的调控，主要通过调控Ti
‑
Zr元素的相对比例使得合金具有较 低的吸放氢平台；同时加入适当量的V、Mn、Co、Cr、Fe。V、Mn元素能够增 大储氢容量但同样会降低平台，而Co、Cr、Fe在一定的比例下可以在不损失容 量的情况下降低前面两种元素的不利性；从而使得本专利技术的高熵合金可以不用 经过活化就能直接应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0030](1)本专利技术的高熵储氢合金能够实现在室温下的吸放氢活动，并且可以将 吸收的氢气完全的释放出来，具有良好的吸放氢平台，滞后较小，同时应用前 不需要经过活化。
[0031](2)本专利技术的高熵储氢合金，具有较高的储氢容量(1.7wt％以上)，并且 吸放氢速度快，具有优异的吸放氢动力学。
[0032](3)本专利技术的高熵储氢合金，不含稀土元素，成本低。
[0033](4)本专利技术的高熵储氢合金的制备方法，工艺简单。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的实施例1～3的Ti
18
Zr
15
Cr
17
Mn
18
Fe8Co
17
V7、 Ti
20
Zr
13
Cr
17
Mn
25
Fe5Co
13
V7、Ti
24
Zr
10
Cr<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵储氢合金，其特征在于，分子通式为Ti
a
Zr
b
Cr
c
Mn
d
Fe
x
Co
y
V
z
；其中16≤a≤28at％，5≤b≤16at％，5≤c≤23at％，16≤d≤30at％，5≤x≤12at％，5≤y≤16at％，5≤z≤8at％，且a+b+c+d+x+y+z＝100。2.根据权利要求1所述的高熵储氢合金，其特征在于，工作条件为常温常压。3.根据权利要求1所述的高熵储氢合金，其特征在于，18≤a≤24at％，10≤b≤15at％，18≤d≤30at％，5≤x≤8at％，7≤y≤17at％，5≤z≤7at％。4.根据权利要求1所述的高熵储氢合金，其特征在于，分子通式为Ti
18
Zr
15
Cr
17
Mn
18
Fe8Co
17
V7。5.根据权利要求1所述的高熵储氢合金，其特征在于，分子通式为Ti
20
Zr
13
Cr
17
Mn
25
Fe5Co
13
V7。6.根据权利要求1所述的高熵储...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘江文，王胤，涂兵，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：