[发明专利]一种氢同位素贮存合金及其制备方法

说明书

本发明涉及氢同位素贮存与供给技术，公开了一种高循环稳定性能的氢同位素贮存合金及其制备方法，所述氢同位素贮存合金的化学通式为ZrCo_1‑xCu_x，其中，0.1≤x≤0.3。本发明还公开了一种用于制备上述氢同位素贮存合金铸锭以及薄带的制备方法。本发明的优点在于，储氢合金具有较高的循环稳定容量和较好的循环稳定动力学，提高了储氢合金的循环寿命，并且改变了放氢坪台特性、热力学特性以及出现了一种为正交晶系CrB‑type晶体结构的新氢化物相ZrCoH_x(x约为0.6)。此外，该氢同位素贮存合金的制备方法工艺简单，成本低廉，令其尤为适用于ITER的氢同位素贮存与供给材料。

技术领域

本发明属于氢同位素贮存与供给技术领域，涉及一种高循环稳定性的ZrCo基氢同位素贮存合金及其制备方法。

背景技术

随着人类对能源的需求越来越大，地球上现存的一次能源难以为继，发展高效、清洁可再生能源迫在眉睫。

核能由于具有能量比密度高，单位发电成本低廉，受气候地域资源等影响因素小等显著优势，在新能源建设中目前处于优先发展的地位。国际热核实验堆(ITER)是基于磁约束可控核聚变技术的一项重大国际科技合作项目，该项目采用氘氚核聚变反应释放巨大能量。由于反应物燃料氚具有放射性，且非常稀缺，因此需要对氚这种放射性气体燃料进行安全、高效的储存、运输、供给以及在氚处理循环系统中从多种惰性气体流中回收氚。

氢的同位素贮存的方式很多，但是从安全和高效的角度考虑，固态储氢技术是最符合ITER应用要求的。固态储氢是利用储氢合金吸附大量的氢同位素形成常温下稳定的氢化物，并在一定温度下可重新释放氢同位素，实现控制放射性氚的可逆吸放，从而实现氚的循环利用。

ZrCo基合金由于具有室温吸氢坪台压低(～10^-3Pa)、吸放氢速率快，无放射性以及不会自燃等优点，使其被列为ITER设计中氢同位素贮存与供给的重要备选材料。

在ZrCo基合金实际使用时，需要考虑其在吸放氢循环过程中的容量和动力学衰退问题。研究表明，ZrCo基合金本身的循环稳定性能极差，在循环过程会发生不可逆的歧化反应(2ZrCo+H₂→ZrCo₂+ZrH₂)，这导致有效吸放氢容量出现快速衰退，且其室温吸氢动力学也出现恶化，这影响ZrCo基合金的循环使用寿命。

CN101748321A公开了一种储氢同位素合金材料，具体为一种具有高温效抗氢诱发歧化反应的Zr-Co-M储氢同位素合金，其由通式Zr_1-xM_xCo表示，其中M＝Ti或Hf，0.1≤x≤0.3，该合金的室温吸氢平衡压力低于0.1Pa，0.10MPa氢分解吸附温度不高于673K，室温最大储氢容量不小于1.7wt％。合金在0.10MPa初始氢压力、673K使用条件下的抗氢诱发歧化比ZrCo合金提高4倍以上。

CN105568110A公开了一种用于贮存氚的AB型储氢合金及其制备方法，其组分通式为Zr_1-xTi_xCo_1-yFe_y，其中0.1≤x≤0.4，0.1≤y≤0.2。该发明提供的储氢合金具有良好的抗氢致歧化性能，优异的吸放氢动力学性能及室温氢化物平衡压力，室温吸氢平衡压力坪台低于10^-1Pa，储氢容量达到1.9wt％。

在ITER聚变反应堆运行过程中，氢同位素气体的供给和回收都有使用寿命、循环容量和室温吸氢动力学的要求，因此，提高ZrCo基合金的循环使用寿命问题对其在聚变反应堆中的应用具有重大的意义。

发明内容

本发明针对现有技术中的ZrCo基氢同位素贮存合金普遍存在循环容量衰减严重的缺点，提供了一种高循环稳定性能的ZrCo基氢同位素贮存合金及其制备方法。