[发明专利]一种欠计量Laves相储氢合金及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及储氢合金技术领域，具体地说，是一种欠计量Laves相储氢合金及其制备方法。

【背景技术】

面对日益严重的能源紧缺和环境恶化问题，近年来，许多国家开展了大规模的新能源探索工作。其中，氢能作为一种清洁的二次能源而倍受关注，解决氢的贮存和输送难题是氢能应用的关键技术之一。与传统的高压气态储氢和液态储氢相比，采用金属或合金储氢具有存储密度高、安全、便携等优点，是一种经济、有效的储氢方法。因此，寻找储氢容量高，平衡压力合适，易于活化，吸放氢速度快的储氢合金成为当务之急。

在所研究的储氢合金体系中，纯镁和镁基合金的储氢量大(纯镁约7.6wt.％，Mg₂Ni合金约3.6wt.％)、重量轻、资源丰富，但该类合金吸放氢动力学较差，而且要在300℃左右的温度下使用；而以ZrMn₂为代表的Zr基Laves(拉夫斯)相储氢合金，在室温下可吸氢，其储氢量约为1.7wt.％，但常压下放氢温度也高达200℃，同样很难满足实际应用的要求；目前，能基本满足实用条件的储氢合金主要是稀土系和钛系Laves相合金。而稀土系合金的储氢容量偏低(1.4wt.％)，从综合性能来考虑，Ti-Mn系Laves相储氢合金则更具实用价值。

Ti-Mn系Laves相储氢合金具有储氢容量大、循环稳定性好、动力学性能优良等特点，因而成为当前实用储氢合金研究的热点；但是，该合金同样存在吸放氢平台滞后大、平台倾斜、放氢压力过低等不足。Gamo等最早研究了TiMn_α-H(α＝0.75～2.0)合金体系，发现Ti-Mn二元合金中，TiMn_1.5合金的储氢量最大。Semboshi等系统地研究了化学组分对二元TiMn_x合金的储氢性能影响。结果表明：在Mn含量x＝59.4at.％时，合金的储氢容量最高；而进一步提高Mn含量，不仅储氢容量大大降低、而且循环稳定性变差，这可能是由于成分变化引起金属原子的占位不同，进而导致晶格膨胀和不均匀应变的产生；故要想获得综合性能好的合金需要严格控制合金的化学成分；此外，Ming等对该系列合金进行了多元元素替代并优化了具有较大储氢量的Ti_0.9Zr_0.3Mn_1.3Mo_0.05Cu_0.05V_0.2Cr_0.2合金，但其平台特性差；而Liu等筛选出的合金成分为Ti_0.85Cr_0.15MnCr_0.8V_0.1Cu_0.1，虽然其吸放氢曲线平坦，且滞后小，但其平台区过短。

中国专利公开号CN1570176公开了一种由锰、钒、铁同时改性的钛铬基储氢合金及制备方法，本发明涉及一种经改性的钛铬基储氢合金及制备方法，其特征在于同时使用Mn、V和Fe三种元素同时取代合金中的部分铬元素，经改性的钛铬系合金的组成为：TiCrX-N-P-JVNFePMnJ，其中X的范围为1.65≤X≤2.1，N的范围为0＜N≤1.2，P的范围为0＜P≤0.5，J的范围为0＜J≤0.5，合金的制备是按组成范围称量混合后在氩气氛保护下完合熔炼3-4次，充分熔融后，在2000℃保持5分钟以上，然后在氩气保护下快淬，快淬速度为15-25m/s，所制备合金在0℃时的最大吸氢量超过了2.3wt％。

中国专利公开号CN1552934公开了一种经锆、钒、铁改性的钛铬基储氢合金及制备方法，使用Zr取代合金中的部分钛元素与V和Fe两种元素取代合金中的部分铬元素，经改性的钛铬系合金的组成为：Ti1-XZrXCrM-N-PVNFeP，其中X的范围为：0.05≤X≤0.6，M的范围为：1.75≤M≤2.1，N的范围为：0＜N≤1.2，P的范围为：0＜P≤0.5。经改性的合金储氢量均超过2.0wt％，最高可达2.4wt％，可作为大规模氢源的储氢材料，应用在燃料电池等方面。