[发明专利]多元钛铁系贮氢合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元钛铁系贮氢合金，尤其涉及一种较高贮氢容量及低成本多元钛铁系 贮氢合金，属于贮氢能源材料技术领域。

背景技术

燃料电池是本世纪最有前途的高效与清洁的发电方式，燃料电池将在电动汽车、移动电 源、不间断电源、潜艇及空间电源诸多方面有着广泛的应用前景。随着燃料电池和电动汽车 的迅速发展与产业化，车载氢源技术及氢能基础设施的研究与建设已引起发达国家的广泛关 注，而以氢为燃料的燃料电池的发展受到了其氢源技术的制约。在已开发的各种氢源中，以 贮氢合金为基础的氢源由于其安全、高效正越来越受到人们的重视。

用金属氢化物贮氢是氢气贮存的重要手段。其原理是通过贮氢合金与氢气之间进行的可 逆反应，实现氢气的贮存与释放。其贮存氢的密度可超过液态氢的密度，与固态氢的密度相 近。此外，还具有许多其他优点，如不需要气体钢瓶的高压和液氢的低温，可在常温和常压 下使用，安全性好，可以循环使用等等。

TiFe合金是AB型贮氢合金的典型代表，它在常温下具有较大的可逆吸放氢量，氢化物 的分解压力仅为十个大气压左右，接近工业实际应用；此外，该合金系是目前常温贮氢金属 材料中价格最低廉的，Ti和Fe两种元素在自然界中含量丰富，很适合在工业中大规模应用， 是很有前途的贮氢合金系列。但是，TiFe系贮氢合金活化性能较差，贮氢容量仍不能满足实 际应用要求不断提高的需要。为解决上述问题，各国研究者做了许多工作。近年来，随着国 内外金属原材料的价格不断上涨，研制相对贮氢容量较高而价格低廉贮氢合金的任务对贮氢 材料的实际应用来说尤为迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种多元钛铁系贮氢合金，是一种较高贮氢量及低成本的多元钛铁 系贮氢合金。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种多元钛铁系贮氢合金，其特征在于该合金的化学组成如下：(Ti_1-cL_c)_a(Fe_1-x-y-zCr_xM_yN_z)_b，式中，L为Zr，Hf，Mg中的一种元素，M为Ni，Ta，W，Ce，Cu中的一种元素，N 为Nb，V，Zn，Al，B中的一种元素，0.9≤a≤1.3，0.7≤b≤1.1，0.005≤c≤0.2，0.01≤x≤0.4， 0.005≤y≤0.05，0.005≤z≤0.03。

所述的多元钛铁系贮氢合金，其合金组成中当M为Ni，Ta中的一种元素时，N为Zn，Al，B 中的一种元素。

所述的多元钛铁系贮氢合金，其合金组成中当M为W，Ce，Cu中的一种元素时，N为Nb，V 中的一种元素。

所述的多元钛铁系贮氢合金，其合金组成中1.0≤a≤1.2，0.85≤b≤1.05，0.005≤c≤ 0.05。

所述的多元钛铁系贮氢合金，其合金组成中0.03≤x≤0.2，0.005≤y≤0.03，0.005≤z ≤0.01。

所述的多元钛铁系贮氢合金，其合金组成中1.0≤a≤1.2，0.85≤b≤1.05，0.005≤c≤ 0.05，0.03≤x≤0.2，0.005≤y≤0.03，0.005≤z≤0.01。

本发明的多元钛铁系贮氢合金的制备方法是：首先可以按合金配方所确定的重量百份比 称取10～50克或10～20公斤，实验所用的金属单质原料的纯度均在99％以上。然后分别在 非自耗真空电弧炉或真空中频感应炉中熔炼，熔炼时为防止氧化均在氩气保护气氛下进行。 采用非自耗真空电弧炉熔炼时，为保证贮氢合金成分均匀，需翻身熔炼3～4次。

本发明采用了多元合金化。多元取代后，TiFe基合金的氢化物的分解压力从十来个大气 压下降到几个大气压，使得该合金的吸放氢压力条件进一步缓和。由于这些多元合金元素的 取代和它们之间的交互作用，使得本发明的多元钛铁系贮氢合金不仅具有较高的贮氢容量， 而且在较温和的条件下就容易活化。另一方面本发明的多元钛铁系AB型贮氢合金成分设计时 采用了A侧元素超出了化学计量比，有利于在基体上形成较多弥散的第二相，从而提高了合 金的活化性能。