储氢容量等容法系统误差的测量和修正方法技术方案

本发明专利技术涉及等容法测试系统的系统误差测量和修正方法。通过固定空样品室和蓄压室体积大小，在多个温度下样品室的等温吸氢过程测量，获得测试系统氢容量测量误差随压力变化关系曲线，并对其进行数值回归，获得系统氢容量测量误差随压力和温度变化的数值方程。利用该方程对该系统实际储氢材料储氢性能测量结果进行修正，从而准确获得储氢材料的储氢容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及储氢材料储氢容量等容法测试系统误差的测量及其修正方法。
技术介绍
评价储氢材料储氢容量方法主要有等容法和重量法。其中，等容法系统因结构组 成简单、测试压力和温度范围宽泛等优点而得以广泛应用，其基本原理是在一恒定体积的 封闭系统中，依据一定温度下储氢材料吸(脱)附氢前后系统压力的变化，计算获得储氢容 量。附图1为等容法测试系统结构示意图。如图1所示，抽真空管、氢气进气管和氦气进气 管上分别安装真空阀门VI、氢气阀门V2和氦气阀门V3，并且抽真空管、氢气进气管和氦气 进气管并接到系统管道；蓄压室1和而样品室2并接在系统管道的另一侧上，在通往样品室 2的系统管道上安装样品阀门V4，在通往蓄压室1和样品阀门V4的系统管道上安装压力表 P。蓄压室1和样品室2的体积分别为Vsys和Vsam，Vsam的值可以通过气体膨胀方法根据状态 方程计算所得。样品阀门V4打开前，蓄压室1中氢压为Psys，温度为Tsys，体积为Vsys ；样品 室2中氢压为Psam，温度为Tsam，体积为Vsam。样品阀门V4打开后，储氢材料吸(放)氢平衡 后系统压力为Peq，则储氢材料的吸(放)氢摩尔容量n[H2]由下式计算获得n [H2] = n (Psys,Vsys, Tsys) +n (Psam，Vsam, TSJ _n (Peq, Vsys, Tsys) _n (Peq, Vsam, Tsam) (1)式中n (P，V，T)函数数值采用BWR气体状态方程计算获得P = RT- + (b0RT -A0~ ^l(-)2 + (bRT - a\-y + aa(-Y + 关 x (-)' x [fl + r(-)2lexpf- r(-)2ll ( 2 ^ n vi J nnn i [V n J 乂 n J其中压力P单位MPa，温度T为K，体积V为ml，R = 8. 3144，其他参数如下表1H2气体BWR状态方程参数A0_BpC0 axlO'5 b xlO4 c a><10—3 yx 10'30.22147 0.022237 7.1454 -1.8922 8.0640 0.96331 -3.4459 3.9421储氢容量大小与系统压力、温度和体积值密切相关。压力、温度和体积准确性取决 于压力传感器量程和分辨率、温度传感器精度、样品室体积Vsam和蓄压室体积vsys值大小。 上述因素都可以产生相应误差，进而造成储氢材料储氢容量的测量误差。因此建立等容法 测试系统误差的测量和修正方法，对准确获得储氢材料的储氢性能十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种储氢材料储氢容量等容法测试系统误差的测量和修正 方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案储氢容量等容法测试系统误差测量和修正方法，采用等容法测试系统测试储氢 材料的储氢容量，该系统包括真空系统、充氢气系统、已知体积的蓄压室和已知体积的样 品室，其特征在于在液氮和系统许可温度范围内选择至少4个以上温度进行等温吸氢压力-氢容量过程测量，用BWR状态方程计算系统氢容量与压力变化关系，并对所有等温条件 下的氢容量_压力关系曲线进行数值回归，获得测试系统氢容量测量误差与样品温度、氢 压力关系的系统误差数值方程；在该系统误差数值方程用于等容法测试系统对储氢材料氢 容量测量过程测量误差的修正时，将已经测定的储氢材料的氢容量减去对应温度和压力下 利用该系统误差数值方程计算的氢容量测量误差，即可获得经过系统误差修正后准确的储 氢材料的氢容量随压力变化关系曲线，从而准确获得储氢材料的储氢性能。其具体操作如下(1)将不填装储氢材料的样品室2连接到测试系统中，如图1所示，并使蓄压室1 和样品室2保持在室温温度；(2)打开真空阀门VI和样品阀门V4，使系统在室温条件下抽真空至lxlO_2Pa以 上；(3)关闭真空阀门VI和样品阀门V4，打开氢气阀门V2向蓄压室1中充入 0. 1-0. 5MPa室温氢气，之后关闭氢气阀门V2，待压力稳定后记录压力数据P。，然后打开样品 阀门V4，待系统压力平衡后，记录压力值Pi ；(4)在已知蓄压室1体积Vsys值情况下，采用(PcrPDVm = PJ^计算样品室2的 体积为Vsaffi ；(5)重复(2)_(4)过程3-5次，对每次计算所得样品室2体积值进行平均获得样品 室2的体积平均值Vsam;(6)将样品室2置于预定的Tsam温度，待温度平衡后，打开氢气阀门V2和样品阀门 V4,向样品室2充氢至压力Psam。关闭样品阀门V4，向蓄压室1中充氢至压力Psys(蓄压室1 所处温度始终保持为Tsys，一般为室温)，蓄压室1达到压力Psys后，关闭氢气阀门V2 ；(7)打开样品阀门V4，系统压力平衡后记录压力Peq ；(8)利用BWR气体状态方程f(P，V，T)计算样品阀门V4打开前后的氢气摩尔 数变化值n，n = ni_n2，其中叫为样品阀门V4打开前系统的氢摩尔数叫=f(Psys, Vsys， Tsys)+f(Psam，Vsam, TSJ ;n2 为样品阀门 V4 打开后系统氢摩尔数 n2 = f(Peq, Vsys, Tsys)+f (Peq， V , T ) sam7 sam^ ，(9)逐步增大Psam和Psys压力大小，但压力最大值小于系统设计极限压力的0. 8倍。 依次重复过程(6)-(8)，完成样品室2在Tsam恒温下氢摩尔容量随压力变化曲线；(10)将样品室2置于Tsam2温度(Tsam2最小值为77K，最高值小于系统设计温度)， 执行过程(6)-(9)，完成样品室2在Tsam2恒温下氢摩尔容量随压力变化曲线；(11)为获得较高的系统误差估算精度，在系统工作允许温度范围内应选择多个 Tsaffl温度重复(一般Tsam温度不少于4个值，选择温度点越多，相邻Tsam差值可较小，反之应 加大差值范围)执行步骤(6)_(10)，完成系统氢摩尔容量随压力变化曲线；(12)对所有!； 温度的系统氢摩尔容量随压力变化曲线进行数值回归，获得表征 系统氢容量测量误差、样品温度、压力关系的系统误差数值方程。(13)利用(12)中得到的进行数值回归的系统误差数值方程对系统测试过程的氢 容量进行系统误差的修正，提高等容法测试系统的测试精度，准确测定材料的储放氢容量。本专利技术的优点是本专利技术的是在多个温度下样品室的4等温吸氢过程测量，获得测试系统氢容量测量误差随压力变化关系曲线，并对其进行数值 回归，获得系统氢容量测量误差随压力和温度变化的数值方程。利用该方程对该系统实际 储氢材料储氢性能测量结果进行修正，从而准确获得储氢材料的储氢容量。附图说明图1为等容法测试系统结构示意图。图2为系统氢容量与氢压力、样品温度关系曲线及数值回归结果对比。图3为系统误差随压力变化曲线及系统误差修正前后Li-Mg-N-H储氢材料储氢性 能曲线对比。具体实施例方式下面采用具体实例来对本专利技术作进一步的说明和解释，但本专利技术并不仅限于本实 施例。实施例1测试系统中蓄压室1的体积Vsys = 38ml，样品室2中不装填任何储氢材料，根据发 明内容中步骤(2)_(5)标定样品室平均体积Vsam = 19.8ml。蓄压室1中温度Tsys = 303K 固定不变，使样品室2中温度Tsam分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
储氢容量等容法测试系统误差测量和修正方法，采用等容法测试系统测试储氢材料的储氢容量，该系统包括真空系统、充氢气系统、已知体积的蓄压室和已知体积的样品室，其特征在于：在液氮和系统许可温度范围内选择至少４个以上温度进行等温吸氢压力－氢容量过程测量，用ＢＷＲ状态方程计算系统氢容量与压力变化关系，并对所有等温条件下的氢容量－压力关系曲线进行数值回归，获得测试系统氢容量测量误差与样品温度、氢压力关系的系统误差数值方程；在该系统误差数值方程用于等容法测试系统对储氢材料氢容量测量过程测量误差的修正时，将已经测定的储氢材料的氢容量减去对应温度和压力下利用该系统误差数值方程计算的氢容量测量误差，即可获得经过系统误差修正后准确的储氢材料的氢容量随压力变化关系曲线，从而准确获得储氢材料的储氢性能。

【技术特征摘要】
储氢容量等容法测试系统误差测量和修正方法，采用等容法测试系统测试储氢材料的储氢容量，该系统包括真空系统、充氢气系统、已知体积的蓄压室和已知体积的样品室，其特征在于在液氮和系统许可温度范围内选择至少4个以上温度进行等温吸氢压力-氢容量过程测量，用BWR状态方程计算系统氢容量与压力变化关系，并对所有等温条件下的氢容量-压力关系曲线进行数值回归...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓鹏，裴增文，蒋利军，米菁，李志念，吕芳，郝雷，王树茂，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]