[发明专利]一种锂元素掺入高储氢量钒基合金及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及储氢合金制备，特别是一种锂元素掺入高储氢量钒基合金及其制备方法。

背景技术

V基储氢合金以体心立方（BCC）结构钒及固溶体为主相，是一种新型高容量储氢合金，其理论储氢容量高达3.8 wt%，并且氢在钒氢化物中具有较快的扩散速度。因此，近年来成为了一个研究的热点。然而，钒基储氢合金也存在有效放氢量偏低、吸放氢压力滞后较大、循环稳定性不理想及金属V的成本较高等缺点，限制了其有效利用及工业化应用。因此，急需开发低成本、高动力学性能的V基储氢材料。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种锂元素掺入高储氢量钒基合金及其制备方法，该制备方法通过廉价钒铁合金代替部分价格昂贵的金属钒来降低合金成本，同时引入的部分铁元素能有效改善合金的动力学性能；通过锂元素的引入，有效地起到了表面催化作用，加快了吸放氢反应的进行。

本发明的技术方案：

一种锂元素掺入高储氢量钒基合金，由钒基合金和Li组成，通式为Ti_mV_xCr_yM_zLi_n，式中各元素的质量百分份额为：5≤m≤15，15≤y≤30，1≤z≤5,1≤n≤5，x为余量；M为掺杂金属Fe、Mn、Zr和质量比为1:1的V-Fe合金中的一种或两种任意比例的混合物。

一种所述锂元素掺入高储氢量钒基合金的制备方法，步骤如下：

1）钒基合金的制备

将纯度≥99.9wt%的Ti、V、Cr、掺杂金属M经浓度为1mol/L的盐酸溶液酸洗、浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液碱洗及清水洗涤处理后，按份额比例放入感应炉中，在0.05MPa高纯氩气氛中和磁力搅拌条件下，在1800-2000℃的温度下熔炼成铸态合金，熔炼时间为10min，水冷至凝固后将合金锭翻转，重新进行上述熔炼过程，如此反复熔炼3-4次，直至得到均匀的钒基合金锭；

2）将上述钒基合金锭粉碎成小于200目的粉末，在Ar气环境下按份额比例加入金属Li，在真空度为10^-5 MPa、温度为800-1000℃下煅烧3h，以使锂元素注入钒基合金锭表层；

3）输入压力为3-4 MPa的氢气，在温度为200-400℃下活化2-3周，制得锂元素掺入高储氢量钒基合金。

本发明的优点和有益效果是：

该制备方法工艺简单、易于实施、实用性强；利用Li元素铸入钒基储氢合金中起表面催化作用，效果明显；通过对V基合金中元素比例的调整，利用廉价的钒铁合金代替部分昂贵的纯金属钒，降低了成本，而且产品储氢动力学性能具有很大提升，具有广泛的应用前景和工业应用价值。

附图说明

图1为实施例1制备的钒基储氢合金的XRD图。

图2为实施例1制备的钒基储氢合金的PCT图，其中：a为高压部分为吸氢曲线，b为低压部分为放氢曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1：

一种锂元素掺入高储氢量钒基合金，由钒基合金和Li组成，通式为Ti₅V₅₅Cr₃₀M₅Li₅， M掺杂金属为质量比为1:1的V-Fe合金；其制备步骤如下：

1）钒基合金的制备

将纯度≥99.9wt%的Ti、V、Cr和掺杂金属V-Fe合金经浓度为1mol/L的盐酸溶液酸洗、浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液碱洗及清水洗涤处理后，按份额比例放入感应炉中，在0.05MPa高纯氩气氛中和磁力搅拌条件下，在1800℃的温度下熔炼成铸态合金，熔炼时间为10min，水冷至凝固后将合金锭翻转，重新进行上述熔炼过程，如此反复熔炼3次，直至得到均匀的钒基合金锭；

2）将上述钒基合金锭粉碎成小于200目的粉末，在Ar气环境下按份额比例加入金属Li，在真空度为10^-5 MPa、温度为800℃下煅烧3h，以使锂元素注入钒基合金锭表层；

3）输入压力为3.5MPa的氢气，在温度为300℃下活化3周，制得锂元素掺入高储氢量钒基合金。

图1为制备的钒基储氢合金的XRD图。图中表明：制备的钒基储氢合金具有非常好的晶型，且表现为BCC相。