CN101029365A - 一种高活化性能的钒基固溶体贮氢合金 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高活化性能的钒基固溶体贮氢合金，该合金解决了普通钒基贮氢合金在室温下不易活化的问题。该钒基贮氢合金属BCC结构,化学式为V(100－a－b－c－d－e)TiaFebSicREdMe，式中，15≤a≤55，3≤b≤30，0＜c≤5，0＜d≤5，0＜e≤40，RE代表稀土元素，M代表Zr、Cr、Co、Ni、Al、C中的一种或几种。该合金生产方法简单，在氢的存储和运输以及燃料电池等方面具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种钒基固溶体贮氢合金，特别是涉及一种室温下易活化的贮氢合金，该合金生产方法简单，在氢的存储和运输以及燃料电池等方面具有广泛的应用前景。
背景技术
随着石油危机以及环境污染的日趋严重，人们越来越重视对新型可再生能源的开发。在众多新能源(包括氢能，太阳能，核能，水力，风能等)中，氢能是未来能源中最重要的可再生清洁能源之一。氢能利用的三大核心技术包括氢的制取、氢的贮存及氢为燃料的燃料电池。氢的贮存是制约氢经济实现的主要障碍之一。目前贮存氢气主要有三种方式：液氢贮氢，高压贮氢和贮氢材料贮氢。液氢贮氢，氢气液化(-235℃)消耗的能量相当于被液化氢气能量的三分之一，液氢的汽化(特别是小的贮罐)所带来的安全问题也值得关注。高压贮氢，贮氢量较少，使用过程中压降很大，控制较难，消耗的能量也较多。贮氢材料贮氢，是目前研究开发最为活跃的贮氢技术。在众多的贮氢材料中，贮氢合金是研究最为成熟的贮氢材料。
贮氢合金主要有AB5型、AB2型、AB型、镁基贮氢合金(包括A2B型)和钒基固溶体贮氢合金。但是AB5型贮氢合金(以LaNi5为代表)，AB2型贮氢(以ZrMn2、TiMn2为代表)，AB型贮氢合金(以TiFe为代表)，吸氢量不足2.0wt％。镁基贮氢合金虽然具有很高的理论贮氢量，最高可达7.6wt％，但是需要在较高的温度(300～400℃)下才能实现吸放氢，吸放氢温度过高，即使采用纳米结构化、纳米催化及纳米复合化等技术处理后，镁基贮氢合金在室温下依然无法实现有效的吸放氢。钒基固溶体贮氢合金，室温下吸氢即可达到很高的贮氢量(大于3.0wt％)，放氢量大于2.0wt％，很有希望用于氢的贮存和运输，但是苛刻的活化条件以及金属钒的高成本制约了该合金的实际应用[M.Okada，T.Kuriiwa，A.Kamegawa，H.Takamura，Mater.Sci.Engng A，329～331(2002)305～312]。
1995年Kei Nomura等报道单相BCC结构的V-Ti-Fe合金活化需要在500℃高温下抽真空然后充5MPa高纯氢气，合金才能活化吸氢[Kei Nomura，Etsuo Akiba，J.Alloys Comp.231(1995)513～517.]。2002年Takuya Tamura等报道单相BCC结构的V-Ti-Cr合金在40℃、高真空下处理2h，然后充氢10MPa，该过程重复2次，合金才能完全活化[M.Okada T.Kuriiwa，T.Tamura，H.Takamura，A.Kamegawa，J.Alloys Comp.330～332(2002)511～516]。2004年，X.B Yu等报道V-Ti-Cr-Mn合金具有BCC相和Laves相两相结构，活化性能较单相的BCC合金有较大提高，但是依然要在450℃下进行前处理，然后冷却到室温下吸氢，合金才能活化。以上报道说明钒基固溶体合金的活化需要高温或高压处理，这对实际应用是很不利的。在将贮氢合金粉装入贮氢罐之前，必须先将合金粉活化，这样就必须添加加热设备和高压加氢设备，这样必然会增加合金的制造成本；另外，合金粉活化后必须隔绝空气，否则会被毒化，所以必须在真空或惰性气体保护下将活化的粉保存或装入贮氢罐，这也实际应用带来困难。因此，开发室温下可活化的钒基贮氢合金对于加快合金的应用具有重要的意义。
发明内容
本发明目的在于解决钒基固溶体贮氢合金在室温下活化难的问题，提供一种在室温条件下可以迅速活化的钒基固溶体贮氢合金。
本发明属高活化性能钒基固溶体贮氢合金，化学式为V(100-a-b-c-d-e)TiaFebSicREdMe，式中，15≤a≤55，3≤b≤30，0＜c≤5，0＜d≤5，0＜e≤40，RE代表稀土元素，M代表Zr、Cr，、Co、Ni、Al、C中的一种或几种。
附图说明
图1为合金V29.8Ti34.7Cr24.8Fe9.9Si0.3Ce0.5首次活化的动力学曲线
图2为合金V54.7Ti33.3Fe10Ce2首次活化的动力学曲线
图3为合金V50.1Ti22.1Cr19.7Fe6.3Ce1Al0.7Si0.1首次活化的动力学曲线
图4为合金V50.1Ti22.1Cr19.8Fe6.3Ce1Si0.5C0.2首次活化的动力学曲线
具体实施方式
下面通过具体实施例描述对本发明作进一步说明，但本发明绝非仅限于实施例：
实施例：
本发明所述合金可通过普通的熔炼法制备，方法如下：市售纯度在99.6％以上单质金属元素，按合金的化学计量比配料，在真空电弧炉中熔炼；为保证合金的均匀性，合金反复翻转4～5遍，以保证合金的均匀性。
实施例1：设计合金的成分为V29.8Ti34.7Cr24.8Fe9.9Si0.3Ce0.5，氩气保护下采用电弧反复熔炼5次，合金在空气中破碎至10目左右，取3克做吸放氢测试。合金在25℃(室温)下采用机械泵抽真空30min(分钟)后，充入3MPa的氢气，合金经过0.2min孕育期后开始迅速吸氢，5min后吸氢量达到3.63wt％，基本达到吸氢饱和，30min后吸氢量达到3.68wt％。
实施例2：设计合金的成分为V54.7Ti33.3Fe10Ce2，氩气保护下采用电弧反复熔炼5次，合金在空气中破碎至10目左右，取3克做吸放氢测试。合金在25℃(室温)下采用机械泵抽真空30min(分钟)后，充入3MPa的氢气，合金经过0.5min孕育期后开始迅速吸氢，5min后吸氢量达到3.64wt％，基本达到吸氢饱和，30min后吸氢量达到3.69wt％。
实施例3：设计合金的成分为V50.1Ti22.1Cr19.7Fe6.3Ce1Al0.7Si0.1，氩气保护下采用电弧反复熔炼5次，然后在1400℃下真空退火2小时。合金在空气中破碎至10目左右，取3克做吸放氢测试。合金在25℃(室温)下采用机械泵抽真空30min(分钟)后，充入3MPa的氢气，合金立即吸氢，无需孕育期，5min后吸氢量达到3.64wt％，基本达到吸氢饱和，30min后吸氢量达到3.65wt％。
实施例4：设计合金的成分为V50.1Ti22.1Cr19.8Fe6.3Ce1Si0.5C0.2，氩气保护下采用电弧反复熔炼5次，合金在空气中破碎至10目左右，取3克做吸放氢测试。合金在25℃(室温)下采用机械泵抽真空30min(分钟)后，充入3MPa的氢气，合金经过0.5min孕育期后开始迅速吸氢，6min后吸氢量达到3.6wt％，基本达到吸氢饱和，30min后吸氢量达到3.64wt％。
Claims (3)
1.一种高活化性能的钒基固溶体贮氢合金，属BCC结构，其特征在于化学式为V(100-a-b-c-d-e)TiaFebSicREdMe，式中，15≤a≤55，3≤b≤30，0＜c≤5，0＜d≤5，0＜e≤40，RE代表稀土元素，M代表Zr、Cr，、Co、Ni、Al、C中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的钒基固溶体贮氢合金，其特征在于合金形成单一的BCC固溶相。
3.根据权利要求1和2所述的钒基固溶体贮氢合金，其特征在于合金成分为V29.8Ti34.7Cr24.8Fe9.9Si0.3Ce0.5、V54.7Ti33.3Fe10Ce2、V50.1Ti22.1Cr19.7Fe6.3Ce1Al0.7Si0.1或V50.1Ti22.1Cr19.8Fe6.3Ce1Si0.5C0.2。
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