一种锆基高容量储氢合金材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锆基高容量储氢合金材料及其制备方法，储氢合金材料化学通式为ZrMn2‑

【技术实现步骤摘要】
一种锆基高容量储氢合金材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及储氢合金材料领域，具体的是一种锆基高容量储氢合金材料及制备方法。

技术介绍

[0002]储氢合金能以金属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的储氢方法。有些金属和合金允许可逆地储存氢，由于储氢容量大，被认为是一种可能的储氢形式。理想的储氢材料必须具有相对于材料重量的高储存容量、合适的释储氢温度/压力、良好的动力学、良好的可逆性、对污染物(包括氢气中存在的污染物)的毒害性抵抗力强(高循环)，并且具有相对低成本；如果材料不具备这些特性中的任何一种，则其将不能用于大规模商业应用。
[0003]储氢材料包括多种金属材料，如Mg、Mg
‑
Ni、Mg
‑
Cu、Ti
‑
Fe、Ti
‑
Mn、Ti
‑
Ni、Mm
‑
Ni和Mm
‑
Co合金体系(其中Mm为混合稀土金属，为稀土金属或稀土金属的组合/合金)。然而，储氢金属或合金如不具备具上述储氢材料的所有特性，不具有广泛商业用途。
[0004]在这些材料中，镁合金系统每单位重量的储存材料可以储存相对大量的氢。然而，由于合金在室温下释氢平衡压力较低，因此需要热量来释放储存在合金中的氢。使用稀土(混合金属)合金在活化、循环跟抗毒化有很好的性能，但其存在成本较高、抗粉化能力低及容量只有1.4wt％的缺点。
[0005]过渡金属合金系统，如Ti
‑
Fe合金系统，具有可以在室温下用几个大气压的释氢平衡压力配制的优点。然而，这些合金通常需要约350℃的高温和超过30个大气压的高压来进行活化(初始氢化)，氢储氢/释氢速率相对较低。而且存在滞后问题，阻碍储存的氢的完全释放。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种高储存容量、合适的储氢温度(0～40℃)/压力(20atm以下)，以及良好的动力学、可逆性、对污染物的毒害性抵抗力强的锆基高容量储氢合金材料及制备方法。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0008]本专利技术的一种锆基高容量储氢合金材料，其化学通式为ZrMn
a
V
b
，其中1.8≦a+b≦2.0，0<b<0.8。
[0009]进一步的，所述储氢合金材料的化学通式为ZrMn2‑
x
V
x
合金，其中x＝0～0.8。
[0010]本专利技术还提供了一种上述锆基高容量储氢合金材料制备方法，包括如下步骤：
[0011]第一步，将原材料Zr、V和Mn清洗烘干后按照Zr：V：Mn摩尔比1：(0
‑
0.8)：(1.2
‑
2)准备好原料；
[0012]第二步，将Zr、V加入熔炼炉中，抽真空<10
‑1Pa，然后充入氩气到0.4
‑
0.6bar共3
‑
5次，加热熔炼炉温度到1950
‑
2050摄氏度，保温5
‑
15分钟后在5
‑
20分钟内冷却到室温；
[0013]第三步，将第二步中的Zr、V合金跟Mn加入熔炼炉中,抽真空<10
‑1Pa，充入氩气到0.4
‑
0.6bar共3
‑
5次，加热熔炼炉温度到1700
‑
1800摄氏度，保温5
‑
15分钟后在5
‑
20分钟内冷却到室温；
[0014]第四步，将第三步中的合金放入热处理炉的坩埚内，抽真空<10
‑1Pa，充入氩气到0.2
‑
0.5bar共3
‑
5次，采用4
‑
7℃/min的升温速度使温度从0℃上升到1000℃，然后采用1.5
‑
3℃/min的升温速度使温度从1000℃升温到1300℃，保温3
‑
6小时后在5
‑
20分钟内冷却到室温。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术的分子式结构可以增加储氢释氢容量，此储氢合金是高储存容量、合适的储氢温度(0～40℃)/压力(20atm以下)、良好的动力学、良好的可逆性、对污染物(包括氢气中存在的污染物)的毒害性抵抗力强(高循环)。
[0017]本专利技术的储氢合金能够在0℃到40℃的温度范围内储存大量的氢并可逆地输送大量的氢。这些储氢合金与当今的储氢合金相比，允许燃料电池和其他氢应用在不需要充氢气的情况下继续运行更长的时间。此外，本专利技术的储氢合金能够在不需要极高温度的情况下释放大量的氢。
[0018]本专利技术在温度0℃至40℃之间的第一次储氢合金能够储存约1.69wt.％的氢，释氢高达1.62wt.％，循环20次后，已经稳定，储存约1.63wt.％的氢，释氢高达1.6wt.％。
附图说明
[0019]图1为ZrMn2‑
x
V
x
(x＝0
‑
0.8)的X射线衍射图谱；
[0020]图2为钒的含量跟ZrMn2的a、c关系图；
[0021]图3为储氢动力图；
[0022]图4为ZrMn
1.4
V
0.6
储氢释氢20次循环图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图1
‑
4对本专利技术做详细介绍：
[0024]本专利技术公开了一种具有为Laves相，有C14(ZrMn2，六方晶型)的储氢合金。所述储氢合金ZrMn
a
V
b
，其中1.8≦a+b≦2.0，0<b<0.8。
[0025]本实施例为ZrMn2‑
x
V
x
合金，其中，x＝0
‑
0.8。
[0026]本专利技术的锆基高容量储氢合金材料制备时，由于锰的沸点跟钒锆的熔点接近，在熔炼合金时锰容易挥发，不好控制合金成分，故将三种合金分成2次熔炼，开始将Zr和V熔炼成合金，合金的温度会比所有材料低，第二次熔炼时，将Zr和V合金跟Mn一起熔炼，不需要加热到Mn的沸点，可以精确控制合金的成份。
[0027]具体的，制备方法包括如下步骤：
[0028]实施例1，合金成分为：ZrMn
1.4
V
0.6
[0029]第一步，将原材料Zr、V和Mn清洗烘干后按照Zr：V：Mn摩尔比1：0.6：1.4准备好原料。
[0030]第二步，将Zr、V加入熔炼炉中，抽真空<10
‑1Pa后充入氩气到0.4bar，然后再抽真空<10
‑1Pa后充入氩气到0.4bar，共重复5次。加热熔炼炉温度到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锆基高容量储氢合金材料，其特征在于，所述储氢合金材料的化学通式为ZrMn
a
V
b
，其中1.8≦a+b≦2.0，0<b<0.8。2.如权利要求1所述的一种锆基高容量储氢合金材料，其特征在于，所述储氢合金材料的化学通式为ZrMn2‑
x
V
x
合金，其中x＝0
‑
0.8。3.一种如权利要求1或2所述的锆基高容量储氢合金材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，将原材料Zr、V和Mn清洗烘干后按照Zr：V：Mn摩尔比1：(0
‑
0.8)：(1.2
‑
2)准备好原料；第二步，将Zr、V加入熔炼炉中，抽真空<10
‑1Pa，然后充入氩气到0.4
‑
0.6bar共3
‑
5次，加热熔炼炉温度到1950
‑
2050摄氏度，保温5

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡升弘，林传宜，姚振东，吴智，吴明远，吴庆颖，高义浩，
申请(专利权)人：海南天宇科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：