CN101487092A - 一种氢压缩机材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氢压缩机材料，该材料为贮氢合金，其组成为LaaYbNicMd，其中M为Al、Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、Pd、Pt中的至少一种，0.1≤a≤0.4，0.6≤b≤0.8，a+b＝1，4.8≤c≤4.9，c+d＝5。本发明的合金保持了LaNi5合金的一些优点，容易制备和活化；平衡氢压由于Y合金元素的引入而有所提高，有效储氢量就有所增加；降低了滞后因子，改善了平台斜率；提高了动力学性能，吸放氢过程都能在较短的时间内完成；具有较好的抗粉化性能；需要95℃的热源就可以获得高压氢，增压效果显著，特别是该合金的使用条件是较适于应用的一种氢压缩机的储氢材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于氢压缩机材料—贮氢合金。
背景技术
为了满足清洁环保绿色能源需求，发展适应不同输出的氢压缩机已是势在必行。以金属氢化物为工作介质的氢压缩机符合这种新能源发展趋势，为此，以金属氢化物为工作介质的氢压缩机将有广阔的发展前景。
我国已制定了相关的规划，拟在2020年实现燃料电池动力车占10％的目标，这意味着，高压氢供应站的建设必须同步进行。金属氢化物压缩机就是以储氢材料作为工作介质的氢供应站。
金属氢化物氢压缩机的金属氢化物是储氢材料。储氢材料应具有像海绵吸收水那样能可逆地吸放大量氢气的特性。氢能与许多金属合金或金属化合物反应生成金属氢化物，储氢材料大都属金属氢化合物，其特征是由一种吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素(A)和另一种吸氢量小或根本不吸氢的元素(B)共同组成。菲利普公司就采用金属氢化物LaNi5制造出了氢压缩机，通过15～160℃的冷热循环，使氢气压力由0.4MPa升到4.5MPa。国内外研究和采用的储氢材料较广泛，LaNi5系合金是储氢材料的典型代表之一。就LaNi5本身而言其最大优点是活化容易，平衡压力适中、平坦，吸放氢平衡压力差小以及良好的动力学和抗杂质气体中毒特性。LaNi5吸氢形成LaNi5H6.5，储氢量约1.4wt％，25℃的分解压力(放氢平衡压力)约0.2MPa，分解热-30.1kJ/mol H2，非常适合于环境温度下操作。为了满足各种氢化物工程技术对材料提出的要求，在LaNi5的基础上通过合金元素对La或Ni的部分替代发展T元或更多组元的储氢合金，如LaNi5-xMx(M：Al、Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、Pd、Pt，x＝0.1-2.5)系和La1-xRexNi5(Re：Ce、Pr、Nd、Sm、Y、Gd、Th、Zr等，x＝0.25-1.0)系。
发明内容
本发明的目的是提供一种氢压缩机材料—贮氢合金。
本发明提供的氢压缩机材料，该材料为贮氢合金，其组成为LaaYbNicMd，其中M为Al、Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、Pd、Pt中的至少一种，0.1≤a≤0.4，0.6≤b≤0.8，a+b＝1，4.8≤c≤4.9，c+d＝5。
本发明提供的氢压缩机材料，该材料为贮氢合金，其组成为LaaYbNicMd，其中M为Al、Mn中的至少一种，0.1≤a≤0.4，0.6≤b≤0.8，a+b＝1，4.8≤c≤4.9，c+d＝5。
本发明提供的氢压缩机材料，该材料为贮氢合金，其组成为La0.3Y0.7Ni4.8Mn0.2。
本发明提供的氢压缩机材料，该材料为贮氢合金，其组成为La0.3Y0.7Ni4.8Al0.2。
本发明的合金是采用非自耗电弧炉冶炼制备的；按单质元素进行配料，单质元素的纯度大于99％。
为了研究合金的储氢性能，本发明测定La0.3Y0.7Ni4.8Mn0.2、La0.3Y0.7Ni4.8Al0.2合金的吸、放氢PCT曲线和吸、放氢动力学曲线和Van’tHoff曲线。为了便于实际应用，选择了不同的温度进行测定。
同现有技术比较，本发明具有以下突出优点：
(1)该合金保持了LaNi5合金的一些优点，容易制备和活化；
(2)该合金的平衡氢压由于Y合金元素的引入而有所提高，有效储氢量就有所增加；
(3)该合金降低了滞后因子，改善了平台斜率；
(4)该合金提高了动力学性能，吸放氢过程都能在较短的时间内完成；
(5)该合金都有较好的抗粉化性能；
(6)该合金只需要95℃的热源就可以获得高压氢，增压效果显著，特别是该合金的使用条件是较适于应用的一种氢压缩机的储氢材料。
附图说明
图1La0.3Y0.7Ni4.8Mn0.2合金的吸放氢PCT曲线；
图2La0.3Y0.7Ni4.8Mn0.2合金的吸放氢动力学曲线；
图3La0.3Y0.7Ni4.8Mn0.2合金的Van’t Hoff曲线；
图4La0.3Y0.7Ni4.8Mn0.2合金吸放氢循环20次后的扫描电镜照片；
图5La0.3Y0.7Ni4.8Al0.2合金的吸放氢PCT曲线；
图6La0.3Y0.7Ni4.8Al0.2合金的吸放氢动力学曲线；
图7La0.3Y0.7Ni4.8Al0.2合金的Van’t Hoff曲线；
图8La0.3Y0.7Ni4.8Al0.2合金吸放氢循环20次后的扫描电镜照片。
具体实施方式
实验原理
1、P-C-T曲线的测试原理：当测定P-C-T曲线时，反应室保持恒定温度，然后打开相关阀门使氢气由氢气瓶充入反应室，等待反应平衡。通过数据采集系统采集平衡时的反应室温度、室温以及每一步骤的压力，由气体状态方程计算出吸氢量，然后以横轴为吸氢量，纵轴为压力建立坐标系，做出相应点。反复进行上述过程，然后连接各点可获得吸氢P-C-T曲线。放氢P-C-T曲线同理可作。
2、动力学曲线的测试原理：通过数据采集系统采集与时间对应的反应室的压力值及温度值，由气体状态方程可计算出相应时间点的吸/放氢量。以横轴为时间，纵轴为吸/放百分含量建立坐标系，即获得吸/放氢动力学曲线。
实施例1 测试贮氢合金La0.3Y0.7Ni4.8Mn0.2
将上述原料按设计成份按比例称量相应成分的金属，将按比例配制的金属置于水冷铜模中，在氩气保护下，在非自耗电弧炉中熔炼，完全熔炼3～4次同时进行电磁搅拌，以确保合金的均匀性。合金的制备包括退火热处理的过程，其条件为将样品装入充满氩气的石英管中在1100K下退火10h之后迅速淬入水中。
合金的贮氢性能测试在PCT测试仪上进行。取1g左右的样品机械粉碎至50目左右，再将样品装入反应器中。将反应器在常温下抽真空半小时左右，然后通入6MPa压力使之与样品反应，反复吸放氢数次以确保充分活化。
活化之后的样品在吸放氢设备中进行不同压力和不同温度下吸放氢PCT曲线和动力学性能测试。
测试结果：贮氢合金La0.3Y0.7Ni4.8Mn0.2活化条件简单、容易，抗粉化性能良好。在293K时的吸氢平衡压力为1805.7KPa，放氢平衡压力为1125.5KPa(见图1)，滞后因子很小，吸放氢速度很快；在293K下达到吸氢容量的90％所需要的时间为175s，在333K下达到放氢容量的90％所需要的时间为33s(见图2)；根据Van’t Hoff曲线(见图3)得出，该合金在368K下放氢可得到超过10MPa的高压氢，也就是说只需要95℃的热源就可以获得高压氢，增压效果显著；从扫描电镜照片(见图4)中得出，该合金吸放氢循环20次以后仍能保持较大的颗粒。
实施例2测试贮氢合金La0.3Y0.7Ni4.8Al0.2
将上述原料按设计成份按比例称量相应成分的金属，将按比例配制的金属置于水冷铜模中，在氩气保护下，在非自耗电弧炉中熔炼，完全熔炼三到四次同时进行电磁搅拌，以确保合金的均匀性。合金的制备包括退火热处理的过程，其条件为将样品装入充满氩气的石英管中在1100K下退火10h之后迅速淬入水中。
合金的贮氢性能测试在PCT测试仪上进行。取1g左右的样品机械粉碎至50目左右，再将样品装入反应器中。将反应器在常温下抽真空半小时左右，然后通入6MPa压力使之与样品反应，反复吸放氢数次以确保充分活化。
活化之后的样品在吸放氢设备中进行不同压力和不同温度下吸放氢PCT曲线和动力学性能测试。
测试结果：贮氢合金La0.3Y0.7Ni4.8Al0.2活化条件简单、容易，抗粉化性能良好。在293K时的吸氢平衡压力为1903.8KPa，放氢平衡压力为1189KPa(见图5)，滞后因子很小，吸放氢速度很快；在293K下达到吸氢容量的90％所需要的时间为340s，在333K下达到放氢容量的90％所需要的时间为40s(见图6)；根据Van’t Hoff曲线(见图7)得出，该合金在368K下放氢可得到超过10MPa的高压氢，也就是说只需要95℃的热源就可以获得高压氢，增压效果显著；从扫描电镜照片(见图8)中得出，该合金吸放氢循环20次以后仍能保持较大的颗粒。
Claims (4)
1、一种氢压缩机材料，其特征在于：该材料为贮氢合金，其组成为LaaYbNicMd，其中M为Al、Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、Pd、Pt中的至少一种，0.1≤a≤0.4，0.6≤b≤0.8，a+b＝1，4.8≤c≤4.9，c+d＝5。
2、按照权利要求1所述氢压缩机材料，其特征在于：该材料为贮氢合金，其组成为LaaYbNicMd，其中M为Al、Mn中的至少一种，0.1≤a≤0.4，0.6≤b≤0.8，a+b＝1，4.8≤c≤4.9，c+d＝5。
3、按照权利要求1所述氢压缩机材料，其特征在于：该材料为贮氢合金，其组成为La0.3Y0.7Ni4.8Mn0.2。
4、按照权利要求1所述氢压缩机材料，其特征在于：该材料为贮氢合金，其组成为La0.3Y0.7Ni4.8Al0.2。
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