【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
专利
本专利技术涉及用于储存气态氢的金属氢化物，特别是ab5型金属氢化物及其生产方法和应用。
技术介绍
0、专利技术背景
1、储氢是可再生能源实现化石燃料技术脱碳的关键步骤。考虑了多种储存方法，包括加压气体、氢气液化和固体材料吸收。
2、储氢材料有三种类型：利用吸收将氢储存在材料表面的储氢材料，利用吸收将氢存储在材料内的储氢材料，和利用固体材料和液体组合的氢化物存储。
3、氢化物储存利用与氢的反应。这种储存氢的方法也被称为“化学储氢”，它是基于氢与元素金属(如钯、镁和镧)、金属间化合物、轻金属(如铝)或某些合金形成的间隙化合物。金属氢化物将氢分子分解成在其表面的原子，并将其储存在金属晶格中，从而产生热量。相反，当氢从氢化物中释放出来时，热量被吸收。这些氢化物可以吸收大量的气体，例如，钯可以吸收900倍于它自身体积的氢。过程如下：a)吸收：氢气分子(h2)粘附在金属表面，然后在吸收之前在金属表面解离，分解成氢原子(h)。然后，氢原子进入金属晶体内部，形成一种称为“金属氢化物”新的固体物质。金属原子通常被拉开以容纳氢原子。金属原子的物理排列(结构)也可以改变来形成氢化物；b)解吸：氢原子迁移到金属氢化物表面，结合氢分子h2，以氢气的形式流出。金属原子收缩形成原始的金属晶体结构。
4、如图1a所示的压力-组分等温线描述了气态氢形成氢化物的热力学方面，该图1a显示了不同温度下金属氢化物中h2的典型吸收和解吸等温线。材料中的氢吸收反应通常是放热的(产生热量)，相反，氢解吸反应是吸热的(
5、各种金属合金和金属间化合物与氢反应，形成金属氢化物。通过适当控制温度和压力，可以调节化学反应的方向。典型的金属氢化物以粉末的形式存在，其粒径直径只有百万分之几米(微米)。
6、因此，与压缩气体或液化氢气储存系统相比，金属氢化物储存系统安全、可靠、紧凑。此外，它们需要最少的维护，使用寿命长。因此，由于许多金属和合金能够可逆地吸收大量的氢，金属氢化物在低压下储存氢具有很好的应用，因此可以达到高达150kgkh/m3的高体积密度，并且已成为许多近期发展的主题(bellosta von colbe et al.,2019,国际氢能杂志(international journal of hydrogen energy),44,7780-7808)。
7、元素周期表中属于iia到va族的金属很容易与氢结合形成金属氢化物。特别是ab2型合金，其中金属a为ti或zr，金属b为第三过渡态金属。另一组合金是ab5型。典型的例子是lani5和cani5。这些合金的储氢容量约为h/m＝1。由于lani5具有优异的吸氢性能，人们对其特性和基本特性进行了大量的研究。在实验室规模上合成、筛选和评估了不同类型的储氢材料(例如镁基储氢材料和ab2/ab5储氢材料)，但只选择了其中的一些材料来开发全尺寸储氢罐系统。
8、实际上，目前已知的大多数商业金属氢化物都是为nimh电池的电化学应用而开发的。这些合金需要在电解质环境中工作，它们的平台压力在室温下通常低于1bar，以将电池的内部压力保持在安全范围内。例如，在cn 102828069中，wang等人保护一种用于电池的不含镨钕的低成本超长寿命储氢合金，其平台压力小于0.1mpa(图1b)。这种在室温下的低储氢/释放压力不适用于氢能量储存和压缩系统，因为燃料电池系统或加压储罐的输入h2压力通常需要高于5bar、有时甚至高于10bar的h2压力，并且工作环境通常为气态氢气。一些ab5合金已被开发用于高压气体应用。特别地，cn106854715保护一种laaybmgccadni9合金，其也可用于气态储氢应用。然而，其压力平台的斜率很高，在室温下平台压力仅为10atm(图1c)。合金的可逆性不好，这导致在应用中的可用容量较低。由于具有强烈挥发性特征的镁和钙的使用，大规模生产难度增加了很多。此外，已经开发了一些ab5合金用于制造ni-mj电池的阳极(us 5817222；jp2001200324；us2004/194577)，但这些是低压金属氢化物，不适合在高压使用下储存气态氢。
9、目前可获得的ab5材料在高压应用下的另一个问题是氢吸收和解吸过程之间的高磁滞。当脱氢压力增加到10bar以上时，合金的磁滞(hysteresis)往往大于12bar。
技术实现思路
0、专利技术概述
1、本专利技术的目的在于提供一种适合于在高压使用下(例如在室温下＞5bar)气态氢存储的的ab5型合金。
2、有利地，提供一种具有长循环寿命(＞2000)和相对低磁滞(＜5bar)的ab5型合金。
3、有利地，提供一种ab5型合金，即使当脱氢压力在室温下超过50bar时，所述合金保持良好的总吸收容量(例如>1.45wt.％)。
4、有利地，提供一种ab5型合金，其具有适用于固态储氢和压缩系统的平坦吸收/解吸平台压力。
5、本专利技术的目的通过提供如权利要求1所述的ni基ab5型金属氢化物合金、其粉末和如权利要求12所述的ab5型金属氢化物合金的用途来实现。
6、本专利技术的目的是通过提供如权利要求7所述的制备ni基ab5金属氢化物合金的方法来实现。
7、本专利技术的目的是通过提供如权利要求13所述的储氢系统来实现。
8、本专利技术公开了一种具有ab5型晶体结构的储氢合金，其a位含有la、ce和mi元素,b位含有ni、co和fe元素，所述的储氢合金如下式(i)所示：
9、laxceymi(1-x-y)nia cobfecmd
10、(i)
11、其中，x、y、a、b、c和d是摩尔比，mi是选自y、ti、zr的至少一种元素，m选自cu和mn；0.15≤x≤0.95；0.05≤y≤0.85；0≤(1-x-y)≤0.1；3.8≤a≤4.2；0.1≤b≤1.2；0.01≤c≤0.3；0≤d≤0.1；4.8≤(a+b+c+d)≤5.15。
12、本专利技术还公开了一种通过旋辊淬火的快速熔体凝固制备具有ab5型晶体结构的储氢合金的方法，所述方法包括以下步骤:
13、-在受控的惰性气氛(例如氩气)和约30kpa至约70kpa的压力下，在熔炉中熔化所有金属元素；
14、-将所述熔炉内的熔体浇注到以约1m/s至约9m/s的速度滚动的旋辊上，熔体在进入冷却装置(例如水冷收集器)时迅速凝固并破碎成薄片；
15、-将薄片进一步冷却至50℃以下；
16、-向熔炉内充入空气，收集得到的薄片。
17、本文还公开了一种储氢系统，所述的储氢系统包括本专利技术所述的ab5型合金。
18、本专利技术的其它目的和有利方面将从权利要求本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有AB5型晶体结构的储氢合金，其A位含有La、Ce和MI元素，B位包含有Ni、Co和Fe元素，所述的储氢合金如下式(I)所示：
2.如权利要求1所述的储氢合金，其特征在于，0.15≤x≤0.45，0.55≤y≤0.85，c、d、MI和M如前述权利要求所述。
3.如权利要求1所述的储氢合金，其特征在于，0.55≤x≤0.95，0.05≤y≤0.45，c、d、MI和M如前述权利要求所述。
4.如权利要求1所述的储氢合金，其特征在于，0.9≤x+y≤1。
5.如前述权利要求任一项所述的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金选自下组：
6.如前述权利要求任一项所述的储氢合金，其特征在于，储氢合金在25℃下具有5-150bar之间的氢吸收平台和3-100bar之间的解吸平台。
7.如前述权利要求任一项所述的储氢合金，其特征在于，储氢合金在25℃下具有约1.4wt％至约1.55wt％(通常为约1.45wt％至1.50wt％)的储氢容量。
8.一种通过旋辊淬火的快速熔体凝固制备如前述权利要求任一项所述的具
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述旋辊(例如铜辊)以约1.5m/s至约9m/s的恒定速度滚动。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述得到的合金进一步在通常约850℃至150℃之间的温度下进行约0.5h至约72h的温度处理。
11.一种通过如权利要求8-10任一项所述的方法制备的合金。
12.一种如权利要求1至6和11任一项所述的合金的粉末，其特征在于，所述合金的粒度为约0.5mm至约3mm。
13.一种如权利要求1至6和11任一项所述的合金在用于储氢方面中的用途。
14.一种储氢系统，所述的储氢系统包括如权利要求1至6和11任一项所述的合金，或其粉末。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种具有ab5型晶体结构的储氢合金，其a位含有la、ce和mi元素，b位包含有ni、co和fe元素，所述的储氢合金如下式(i)所示：
2.如权利要求1所述的储氢合金，其特征在于，0.15≤x≤0.45，0.55≤y≤0.85，c、d、mi和m如前述权利要求所述。
3.如权利要求1所述的储氢合金，其特征在于，0.55≤x≤0.95，0.05≤y≤0.45，c、d、mi和m如前述权利要求所述。
4.如权利要求1所述的储氢合金，其特征在于，0.9≤x+y≤1。
5.如前述权利要求任一项所述的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金选自下组：
6.如前述权利要求任一项所述的储氢合金，其特征在于，储氢合金在25℃下具有5-150bar之间的氢吸收平台和3-100bar之间的解吸平台。
7.如前述权利要求任一项所述的储氢合金，其特征在于，储氢合金在25℃下具有约1.4wt％至约1.55wt％...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙泰，诺里斯·加兰达特，
申请(专利权)人：GRZ技术股份公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。