[发明专利]一种高钒固溶体型储氢合金及其制备方法

说明书

本发明涉及储氢合金技术领域，公开了一种高钒固溶体型储氢合金及其制备方法，储氢合金化学式为V_xTi_yFe_zM_{100‑x‑y‑z}，其中x、y、z分别代表V、Ti、Fe、M的原子数，x的取值范围为60~85，y的取值范围为10~20，z的取值范围为0~6，M为Cr、Mn、Al、RE中的一种或几种，RE为稀土金属。本发明采用高钒铁合金制备的钒基储氢合金，钒含量可控制在60~85 mol%，使得钒基储氢合金具有良好的循环稳定性，前10次吸放氢循环中放氢量仅衰减小于等于3%，克服了低钒合金（钒含量小于60 mol%）时，吸放氢循环初期衰减过快的问题，且大大降低了高钒固溶体型储氢合金的加工成本。

技术领域

本发明涉及储氢合金技术领域，具体涉及一种高钒固溶体型储氢合金及其制备方法。

背景技术

在氢的产业链中，氢的安全高效存运是关键技术之一，氢的存储主要有高压气态储氢、液氢储氢、金属氢化物固态储氢等技术。目前，市场主流的35 – 75 MPa高压氢气存储技术存在安全性不足、高压加氢站等基础设施建设难、关键设备与核心技术依赖进口等问题，制约了氢能产业的快速发展。液氢储氢，因成本高等因素，目前主要用于航空、军事等领域。采用金属氢化物固态储氢技术，将氢以原子态形式存储在材料的晶格间隙中，具有本征高安全性，可实现较低压力（如5.0 MPa）高安全、高密度储氢。

目前已开发的、适合常温使用的储氢合金主要有：AB₅型稀土储氢合金、AB₂型钛基储氢合金、钒基固溶体型储氢合金。其中，AB₅、AB₂型储氢合金的容量约为1.4 wt%和1.8wt%。但是由于AB₅、AB₂型储氢容量偏低，限制其应用，特别是在移动式交通领域的应用。钒基固溶体型储氢合金理论吸氢量可达3.8 wt%，室温附近可逆储氢量一般超过2.0 wt%，显著高于AB₅、AB₂型储氢合金，具有更好的应用前景。

在钒基储氢合金中，其循环稳定性与钒含量有密切关系。例如，日本东北大学开发的V-Ti-Cr合金（T. Kuriiwa et al, Int. J. Hydrogen Energy 35, 2010, 9082-9087），钒含量在75 ~ 80 mol%左右，放氢量为2.3 wt%，循环200次容量基本无衰减；当钒含量低于60 mol%时，合金初期放氢量衰减（J. Alloys Compd. 2005, 404-406, 417-420）。北京有色金属研究总院开发了一种长寿命高容量钒基储氢合金及其氢化制粉方法（CN 111636022A），合金主要成分是V、Ti、Al、1~3 mol% Ce，并含有一定量的Fe、Cu、Zn、Mn和Cr的一种或两种以上组合，其中钒含量为70 ~ 90 mol%；室温下可逆储氢量达到2.30 wt%，循环100次后容量衰减2%。但是，以上合金体系均采用纯金属钒制备，由于纯金属钒的价格过于昂贵（大于300 万/吨），导致该系列合金难以实现商业应用。