[发明专利]一种储氢高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种储氢高熵合金，成分表达式为Ti_aZr_bFe_cMn_dCr_eV_f：其中，5at％≤a≤35at％，5at％≤b≤35at％，5at％≤c≤35at％5at％≤d≤35at％，5at％≤e≤35at％5at％≤f≤35at％，且a+b+c+d+e+f＝100。该储氢高熵合金具有C14Laves单相结构。通过调节高熵合金组元及其配比，可以使其具有高的储氢容量、快的吸氢动力学和优良的吸氢循环稳定性。该高熵合金采用电弧熔炼的方法制备，制备工艺简单，易于活化，在350℃～400℃下经过1次吸放氢循环即可实现完全活化，所以该高熵合金在新能源领域具有一定的应用前景。

技术领域

本发明属于储氢合金和高熵合金领域，具体涉及一种C14 Laves单相的储氢高熵合金材料。

背景技术

能源，作为人类生存发展的最重要动力之一，对人类社会的发展有着不可或缺的作用。目前，针对新能源的研究正在大幅增加，例如通过风力涡轮机和光伏回收储存能量，但是，这些能量输出技术都严重依赖于不断变化的自然条件，比如风速、云量和其他与天气相关的现象，很少能满足商业需要。因此，综合考虑各项新能源技术的环境兼容性、安全性、运输条件等因素，氢被认为是最佳的能量储存载体，具有储量丰富、经济效益高、清洁环保和能量密度高等优点，其燃烧热为(1.21～1.43)×10⁵kJ·kg^-1H₂，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍和焦炭的4.5倍。

目前常用的储氢方式包括低压液态储氢、高压气态储氢、固态储氢和有机液态储氢。液态储氢是指在-253℃下将氢气压缩液化，并储存在低温绝热的容器中，其具有能量密度和体积密度大的优点，目前被广泛应用于航空航天和军事领域。但是液态储氢能耗高，安全性和经济性都比较差，而且对于罐体的绝热性能要求高，因此在实际生产中受到较大的限制。高压气态储氢是指通过高压压缩储存气态氢气，其具有储氢罐结构简单，充放氢速度快的优点，是目前应用较多，技术相对成熟的储氢方式。但是高压气态储氢在压缩过程中会造成能量损失，而且使得成本增加，同时在运输过程中也存在着较大的安全隐患。有机液态储氢是利用氢气与有机介质产生化学反应以储存氢气的方式，其化学反应产生的有机氢化物具有储氢密度高、安全性高、可反复使用的优点，但是有机液态储氢也存在着放氢温度高、能耗大、效率低等缺点。

近年来，金属储氢材料受到了人们广泛的关注。金属储氢材料属于固态储氢，它解决了高压气态储氢和低压液态储氢的高压和低温的问题，具有储氢密度高、安全性高和运输方便的优点。

目前，储氢合金主要分为五大类，分别是镁系、钒系、锆系、钛铁系和稀土系。其中，镁系放氢性能不佳，放氢温度高且动力学性能差；钒系虽然储氢容量高，但是难活化，动力学性能差，放氢性能差；锆系放氢温度高；钛铁系不易活化；稀土系储氢容量低，循环稳定性差；钛锆系储氢合金具有能够吸氢的Laves相，具有储氢容量高，循环寿命长等优点，但也存在活化困难等一些难以克服的缺点。

基于以上对于储氢合金的简单分析，目前还没有能够完全满足要求的金属储氢材料，严重限制了氢能的发展应用。

发明内容

针对现有技术中金属储氢合金存在的储氢容量低、活化性能差、吸放氢动力学慢和循环稳定性差的问题，本发明提出了一种储氢高熵合金及其制备方法，该高熵合金包含Ti、Zr、Fe、Mn、Cr和V元素，其中单质V元素也是一种具有优异储氢性的材料，其储氢量高达3.8wt.％，但是单质V活化性能和循环稳定性差，而且价格昂贵，因此该金属储氢合金添加Mn和Cr元素，以提高储氢材料的循环寿命，同时Mn元素可以提高活化性能和吸氢速率，除此之外，还可以通过调节各元素配比，获得兼具储氢容量高、易于活化、吸氢动力学好和循环稳定性好的储氢高熵合金材料；且该合金制备工艺简单，具有较大的发展空间。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实施。