一种易活化储氢合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种易活化储氢合金及其制备方法，属于储氢合金技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种易活化储氢合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种易活化储氢合金及其制备方法，属于储氢合金

。

技术介绍

[0002]在寻找替代以化石燃料为主的能源体系中，氢能因具有高能量密度
、
绿色无污染等优势得到了广泛的关注
。
氢能是公认能源转型发展的重要载体之一，对碳达峰
、
碳中和目标实现具有积极支撑作用
。
氢能的使用包含了最关键的三个环节，分别是氢的制取
、
氢的存储与运输以及氢的应用
。
其中，氢的存储与运输是构建氢能社会的关键
。
固态储氢技术中的钒基固溶体储氢合金对各国研究者确立科技目标具有强烈的吸引力，产生该吸引力的主要原因包括高的理论储氢量
、
在常温常压下可实现可逆吸放氢以及良好的动力学特性等
。
[0003]然而，钒基固溶体储氢合金活化困难，通常需要在高温高压条件下进行多次吸放氢循环才可活化完全，这增加了钒基储氢合金的应用难度；此外，高纯金属钒价格昂贵不利于大规模生产制备
。
目前研究人员广泛采用元素替代或掺杂
、
组分优化等改性策略解决上述问题，例如采用金属元素
Ti、Cr、Mn、Fe、Ni
等部分替代纯
V
形成二元
Ti
‑
V
基
、
三元
Ti
‑
V
‑
Mn、Ti
>‑
V
‑
Cr、Ti
‑
V
‑
Fe
和
Ti
‑
V
‑
Ni
以及四元
Ti
‑
V
‑
Cr
‑
Fe、Ti
‑
V
‑
Cr
‑
Ni
储氢合金等，不仅降低了成本而且改善了储氢性能
。
如
CN114715844A
公开了一种钒基环保储氢材料及其制备方法，该储氢材料的原料以质量百分比计为：
Mo4
‑7％，
Ni3
‑6％，
Ce0.5
‑4％，
B2
‑5％，
V80
‑
90
％；
Ni
与
B
的质量比为
(1
‑
1.5)
：1；
Mo
和
Ce
的质量和为5‑
10
％
。
该储氢材料室温最大吸氢量可达到
5.2
％，然而活化条件苛刻，需要在
673K
下抽真空后充
8MPa
氢气经历3‑4次吸放氢后才可以活化完全
。CN113502424A
公开了一种低温活化型钒基储氢合金及其制备方法和应用，所述的合金元素组成为
Ti
a
Cr
b
V
c
RE
x
；其中，
RE
包括
La、Ce
或
Y
中的一种或至少两种的组合，
a
＝
0.025
‑
0.225
，
b
＝
0.075
‑
0.675
，
c
＝
0.1
‑
0.9
，且
a+b+c
＝1，
x
＝
0.01
‑
0.1。
该合金可以在室温下直接活化无需高温高压，然而，
V
含量过高导致成本增加，不利于大规模应用
。
由于自然界中的钒铁矿精矿只需要用硅铁或铝粉简单的热还原就可获得廉价的钒铁合金，因此，国内外研究单位多采用钒铁合金替代纯钒作为钒源，并且抢占含有钒铁型固溶体储氢合金的知识产权制高点
。CN101624674A
公开了一种以低成本钒铁合金为原料的固溶体储氢合金，该合金的化学式为
Ti
x
‑
Cr
y
‑
V
z
‑
Fe
m
‑
Ce
w
，其中
x+y+z+m
＝
100
，
0.8≤x/y≤1.1
，
35≤(z+m)≤55
，
5.0≤z/m
，
0.6≤w≤2.0。
需要注意的是，钒铁合金中含有
Si、Al、C、Cu
等杂质元素对合金储氢性能影响机制作用复杂，可能产生不利的影响
。CN115612903A
公开了采用高钒铁合金制备的钒基储氢合金，该储氢合金的化学式为
V
x
Ti
y
Fe
z
M
100
‑
x
‑
y
‑
z
，其中
x、y、z
分别代表
V、Ti、Fe
的原子数，
x
取值范围为
60
‑
85
，
y
的取值范围为
10
‑
20
，
z
的取值范围为0‑6，
M
为
Cr、Mn、Al、RE
中的一种或几种，
RE
为稀土金属
。
该合金中钒含量高但采用廉价的
V2O5作为钒源一定程度上降低了成本，然而活化条件为在
400℃
高温高压下反复吸放氢，不利于大规模工业应用
。
[0004]鉴于钒基固溶体储氢合金平衡优化单一指标极其困难，更多情况下人们仍不清楚所平衡优化的指标是否存在不能逾越的技术壁垒，直至今日，未见到以廉价的工业钒铁合金为原料制造出钒基固溶体储氢合金工业制品
。
因此，合成钒基固溶体储氢合金过程中通
过减少高价格单质钒的用量，降低合金成本，至少在面对科技目标高追求未果的现实面前，不乏为一条务实的技术路线之一
。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有钒基固溶体储氢合金存在的上述技术问题，提供一种易活化储氢合金及其制备方法，通过采用廉价易得的
Ti、Mn
和
Fe
部分替代
V
并优化组分配比开发出生产成本低
、
活化性能快
、
动力学特性好以及制备工艺简单
、
易批量生产的
Ti
‑
V
‑
Mn
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种易活化储氢合金，其特征在于，该储氢合金的化学式为
Ti
x
V
40
Mn
y
Fe
z
，其中
x、y、z
分别表示
Ti、Mn
和
Fe
的原子数百分比，
30≤x≤40
，
2≤y≤22
，
3≤z≤18
，
x+y+z
＝
60。2.
根据权利要求1所述的易活化储氢合金，其特征在于，该储氢合金的化学式为
Ti
30
V
40
Mn
18
Fe
12
、Ti
35
V
40
Mn
22
Fe3或
Ti
40
V
40
Mn2Fe
18
。3.
根据权利要求1所述的易活化储氢合金，其特征在于，储氢合金包括
BCC
相和
C14
型
Laves
相
。4.
根据权利要求1所述的易活化储氢合金，其特征在于，该储氢合金以纯度高于
99.5w...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宇星，尹东明，程勇，王春丽，吴耀明，王立民，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：