CN109957699A - 一种低成本高容量钛锰基储氢合金 - Google Patents

一种低成本高容量钛锰基储氢合金 Download PDF

Info

Publication number
CN109957699A
CN109957699A CN201711439261.3A CN201711439261A CN109957699A CN 109957699 A CN109957699 A CN 109957699A CN 201711439261 A CN201711439261 A CN 201711439261A CN 109957699 A CN109957699 A CN 109957699A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
alloy
manganese base
titanium manganese
high capacity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711439261.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109957699B (zh
Inventor
袁宝龙
叶建华
李志念
蒋利军
王树茂
郭秀梅
武媛方
卢淼
邱昊辰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals filed Critical Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority to CN201711439261.3A priority Critical patent/CN109957699B/zh
Publication of CN109957699A publication Critical patent/CN109957699A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109957699B publication Critical patent/CN109957699B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper

Abstract

本发明公开了一种低成本高容量钛锰基储氢合金。该合金的化学组成为Tia(M1)bMnc(V4Fe)dCre(M2)f，其中0.9＜a≤1.0，0＜b≤0.1，0.9＜(a+b)≤1.1，1.0＜c≤1.5，0.3＜d≤0.5，0＜e≤0.1，0＜f≤0.5，1.8＜(c+d+e+f)≤2.1；M1为Zr、Nb、Mo中的任意一种或者几种的组合；M2为Cu、Ni、Co中的任意一种或者几种的组合。该储氢合金可以用真空中频感应炉熔炼，熔炼后的合金能够直接吸氢，活化性能良好，同时合金有效储氢量高，合金吸放氢坪台平坦，坪台斜率和滞后小，且成本低廉。本发明的储氢合金特别适合大规模制备并具有实用价值，在燃料电池氢源、氢气的大规模存储和运输等方面有广泛的应用前景。

Description

一种低成本高容量钛锰基储氢合金
技术领域
本发明涉及一种低成本高容量钛锰基储氢合金，属于储氢合金材料技术领域。
背景技术
随着人类社会的发展和科学技术的进步，煤、石油、天然气等传统化石能源日益枯竭，化石能源造成的生态环境恶化问题也愈加严重。这引发了人们对新能源的关注。氢是目前重要的新能源之一，氢的廉价制取、储运和应用是当今的重点研究课题，由于氢的易气化、易燃、易爆等特点，如何妥善解决氢的储存和运输成为氢能开发和应用的关键。氢的储存方式有气态储氢、液态储氢和固态储氢三种，气态储氢和液态储氢是比较传统成熟的方法，无需材料作为氢的载体，但需耐压或者绝热的容器。而利用金属或者合金与氢反应生成金属氢化物、加热后可以将氢释放出来的固态储氢方式，不需要复杂容器就可以长时间储存和运输，因此是一种高效的储氢方式。
储氢合金在应用中的放氢过程一般在常压附近，在所定义合金PCT(压力-成分-温度)放氢曲线上高于0.1MPa到4MPa的部分为有效放氢量。按各类合金中主要吸氢元素的不同可划分为稀土系AB5型；钛、锆系拉夫斯相AB2型；钛系AB型；镁系A2B型；以及钒系固溶体型等几种。稀土系的典型代表是LaNi5，最大吸氢量仅1.4wt％，拉夫斯相AB2型合金的典型代表是TiM2、ZrM2等多元合金此类合金最大储氢量在1.8wt％-2.4wt％T，但有效放氢量均低于1.75wt％；Ti-Fe合金时AB型合金的代表，最大吸氢量为1.8wt％，有效放氢量为1.7wt％；Mg2Ni是镁系合金的典型代表，最大吸氢量可达3.6wt％，但使用条件要在200℃以上；钒系固溶体合金虽然有较大的吸放氢量，但成本昂贵，不适合大规模应用。
发明内容
基于以上现有技术，本发明的目的在于提供一种低成本高容量钛锰基储氢合金，该储氢合金具有合适的吸放氢坪台、优良的活化性能，并适合大规模制备及应用。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种低成本高容量钛锰基储氢合金，该合金的化学组成为Tia(M1)bMnc(V4Fe)dCre(M2)f，其中0.9＜a≤1.0，0＜b≤0.1，0.9＜(a+b)≤1.1，1.0＜c≤1.5，0.3＜d≤0.5，0＜e≤0.1，0＜f≤0.5，1.8＜(c+d+e+f)≤2.1；M1为Zr、Nb、Mo中的任意一种或者几种的组合；M2为Cu、Ni、Co中的任意一种或者几种的组合。该合金为AB2型Laves相结构，其中a、b化学计量之和为A侧元素化学计量，c、d、e、f之和为B侧元素化学计量。A侧元素的作用是容易与氢反应生成稳定的氢化物，有助于合金吸氢反应的发生，B侧元素是难形成氢化物的元素，有助于放氢反应的发生。A侧元素与B侧元素相互作用，进而影响合金的有效吸放氢量和坪台特性。
优选地，在储氢合金的化学组成中，0.9＜a≤1.0，0.01＜b≤0.05，0.95＜(a+b)≤1.05。
优选地，在储氢合金的化学组成中，1.2＜c≤1.5，0.4＜d≤0.45，0.05＜e≤0.1，0.05＜f≤0.2，1.95＜(c+d+e+f)≤2.05。
优选地，原料Ti、M1、Mn、Cr、M2的纯度均在99％以上。
优选地，所述的V4Fe中V的质量百分含量≥75％。
本发明的储氢合金可以采用真空中频感应炉熔炼得到，具体制备方法为：按照设计成分称量各合金元素的单质原料(纯度为：Ti≥99.7％，Zr≥99.4％，Nb≥99.7％，Mo≥99.4％，Mn≥99.8％，Cr≥99.5％，(V4Fe)≥99.5％，Cu≥99.5％，Ni≥99.95％，Co≥99.95％)，总重100kg；依次将Mn、Ti、Cr、V4Fe、M1和M2装炉，在氩气保护气氛下熔炼1次即可制备得到该储氢合金。
本发明的优点在于：
本发明的储氢合金有效储氢量最高可达1.82wt％，合金放氢坪台适中。由于较大的有效储氢量，适中的坪台压，以及低廉的成本和大规模制备的特点，特别适合大规模制备并具有实用价值，在燃料电池氢源、氢气的大规模存储和运输等方面有广泛的应用前景。
附图说明
图1为Ti0.99Mo0.1Mn1.5(V4Fe)0.5Cr0.05Ni0.05合金在298K时的4MPa饱和吸氢动力学曲线图。其中横坐标为吸氢时间T，用s表示，纵坐标为氢的质量百分含量，用wt％表示。
图2为Ti0.99Mo0.1Mn1.5(V4Fe)0.5Cr0.05Ni0.05合金在298K和343K时的PCT(压力-成分-温度)曲线图。其中横坐标为氢的质量百分含量，用wt％表示，纵坐标为压力P(MPa)。
图3为Ti0.9Zr0.1Mn1.5(V4Fe)0.3Cr0.1Co0.2合金在298K时的4MPa饱和吸氢动力学曲线图。其中横坐标为吸氢时间T，用s表示，纵坐标为氢的质量百分含量，用wt％表示。
图4为Ti0.9Zr0.1Mn1.5(V4Fe)0.3Cr0.1Co0.2合金在298K和343K时的PCT(压力-成分-温度)曲线图。其中横坐标为氢的质量百分含量，用wt％表示，纵坐标为压力P(MPa)。
图5为Ti0.95Nb0.1Mn1.5(V4Fe)0.3Cr0.2Cu0.1合金在298K时的4MPa饱和吸氢动力学曲线图。其中横坐标为吸氢时间T，用s表示，纵坐标为氢的质量百分含量，用wt％表示。
图6为Ti0.95Nb0.1Mn1.5(V4Fe)0.3Cr0.2Cu0.1合金在298K和343K时的PCT(压力-成分-温度)曲线图。其中横坐标为氢的质量百分含量，用wt％表示，纵坐标为压力P(MPa)。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进一步说明，但以下实施例不构成对本发明的限定。
实施例1
设计合金组分Ti0.99Mo0.1Mn1.5(V4Fe)0.5Cr0.05Ni0.05，本实施例所用原料纯度为Ti≥99.7％，Mo≥99.4％，Mn≥99.8％，Cr≥99.5％，(V4Fe)≥99.5％，Ni≥99.95％，V4Fe中V的质量百分含量为76％。配取100kg样品在真空中频感应炉内熔炼，使用高纯氩气为保护气氛。取2g合金铸锭机械破碎至40-160目，373K抽真空1h后进行吸放氢测试。图1为该合金的吸氢动力学曲线，图2为该合金的吸放氢PCT曲线，可以看到，合金在298K时4MPa下饱和吸氢量为2.02wt％，而在上述条件下饱和吸氢后在343K时放氢至0.1MPa有效储氢量为1.813wt％。
实施例2
设计合金组分Ti0.9Zr0.1Mn1.5(V4Fe)0.3Cr0.1Co0.2，实施例所用原料纯度为Ti≥99.7％，Zr≥99.4％，Mn≥99.8％，Cr≥99.5％，(V4Fe)≥99.5％，Co≥99.95％，V4Fe中V的质量百分含量为78％。配取100kg样品在真空中频感应炉内熔炼，使用高纯氩气为保护气氛。取2g合金铸锭机械破碎至40-160目，373K抽真空1h后进行吸放氢测试。图3为该合金的吸氢动力学曲线，图4为该合金的吸放氢PCT曲线，可以看到，合金在298K时4MPa下饱和吸氢量为2.01wt％，而在上述条件下饱和吸氢后在343K时放氢至0.1MPa有效储氢量为1.806wt％。
实施例3
设计合金组分Ti0.95Nb0.1Mn1.5(V4Fe)0.3Cr0.2Cu0.1，实施例所用原料纯度为Ti≥99.7％，Nb≥99.7％，Mn≥99.8％，Cr≥99.5％，(V4Fe)≥99.5％，Cu≥99.5％，V4Fe中V的质量百分含量为80％。配取100kg样品在真空中频感应炉内熔炼，使用高纯氩气为保护气氛。取2g合金铸锭机械破碎至40-160目，373K抽真空1h后进行吸放氢测试。图5为该合金的吸氢动力学曲线，图6为该合金的吸放氢PCT曲线，可以看到，合金在298K时4MPa下饱和吸氢量为2.04wt％，而在上述条件下饱和吸氢后在343K时放氢至0.1MPa有效储氢量为1.823wt％。

Claims (5)

1.一种低成本高容量钛锰基储氢合金，其特征在于，该合金的化学组成为Tia(M1)bMnc(V4Fe)dCre(M2)f，其中0.9＜a≤1.0，0＜b≤0.1，0.9＜(a+b)≤1.1，1.0＜c≤1.5，0.3＜d≤0.5，0＜e≤0.1，0＜f≤0.5，1.8＜(c+d+e+f)≤2.1；M1为Zr、Nb、Mo中的任意一种或者几种的组合；M2为Cu、Ni、Co中的任意一种或者几种的组合。
2.根据权利要求1所述的钛锰基储氢合金，其特征在于，0.9＜a≤1.0，0.01＜b≤0.05，0.95＜(a+b)≤1.05。
3.根据权利要求2所述的钛锰基储氢合金，其特征在于，1.2＜c≤1.5，0.4＜d≤0.45，0.05＜e≤0.1，0.05＜f≤0.2，1.95＜(c+d+e+f)≤2.05。
4.根据权利要求1所述的钛锰基储氢合金，其特征在于，原料Ti、M1、Mn、Cr、M2的纯度均在99％以上。
5.根据权利要求1所述的钛锰基储氢合金，其特征在于，所述的V4Fe中V的质量百分含量≥75％。
CN201711439261.3A 2017-12-26 2017-12-26 一种低成本高容量钛锰基储氢合金 Active CN109957699B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711439261.3A CN109957699B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种低成本高容量钛锰基储氢合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711439261.3A CN109957699B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种低成本高容量钛锰基储氢合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109957699A true CN109957699A (zh) 2019-07-02
CN109957699B CN109957699B (zh) 2020-09-29

Family

ID=67022735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711439261.3A Active CN109957699B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种低成本高容量钛锰基储氢合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109957699B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112593135A (zh) * 2020-11-25 2021-04-02 中国科学院江西稀土研究院 一种低钒储氢合金及其制备方法和用途
CN114672714A (zh) * 2022-02-28 2022-06-28 华南理工大学 一种高熵储氢合金及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08104940A (ja) * 1994-10-05 1996-04-23 Sanyo Electric Co Ltd 被毒耐性及び再生回復力にすぐれる水素吸蔵合金
CN1438341A (zh) * 2003-03-14 2003-08-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 易活化的钛基储氢合金及其制备方法
CN1629351A (zh) * 2003-03-14 2005-06-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 易活化的钛基储氢合金及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08104940A (ja) * 1994-10-05 1996-04-23 Sanyo Electric Co Ltd 被毒耐性及び再生回復力にすぐれる水素吸蔵合金
CN1438341A (zh) * 2003-03-14 2003-08-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 易活化的钛基储氢合金及其制备方法
CN1629351A (zh) * 2003-03-14 2005-06-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 易活化的钛基储氢合金及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘小军: "TiMn基贮氢合金组织结构及贮氢性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *
黄太仲等: "VFe对取代部分TiMn2中的部分Mn对合金制备及储氢性能的影响", 《化工学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112593135A (zh) * 2020-11-25 2021-04-02 中国科学院江西稀土研究院 一种低钒储氢合金及其制备方法和用途
CN114672714A (zh) * 2022-02-28 2022-06-28 华南理工大学 一种高熵储氢合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109957699B (zh) 2020-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101457321B (zh) 一种镁基复合储氢材料及制备方法
Liu et al. Development of a gaseous and solid-state hybrid system for stationary hydrogen energy storage
CN101068942B (zh) 用于氢气吸附的非蒸散型吸气剂合金
CN101413624B (zh) 一种金属氢化物贮氢装置及其制造方法
CN102191416B (zh) 一种镁基储氢合金复合材料及其制备方法
CN108411182B (zh) 一种Zr-Ti-Cr-V复相储氢合金及其制备方法
CN105779848A (zh) 一种钛铁基储氢合金
Lin et al. Effects of cyclic hydriding–dehydriding reactions of LaNi5 on the thin-wall deformation of metal hydride storage vessels with various configurations
CN110317974A (zh) 一种钇-镍稀土系储氢合金
CN114107776B (zh) 一种高储氢量的贮氢合金及其制备方法
CN109957699A (zh) 一种低成本高容量钛锰基储氢合金
CN106119652A (zh) 镍氢电池用La‑Mg‑Ni系储氢合金及其制备方法
CN103695754A (zh) 易活化的高坪台压储氢合金及其制备方法
WO2005017218A2 (en) Hydrogen storage alloys providing for the reversible storage of hydrogen at low temperatures
CN103789573B (zh) 一种Zr基Laves相储氢合金及其制备方法
WO2003048036A1 (en) A hydrogen storage material including a modified tim-n2 alloy
CN103320668B (zh) 用于金属氢化物-高压复合储氢的储氢合金
CN114293086B (zh) 一种储氢高熵合金及其制备方法
CN100593577C (zh) 一种压力平台平坦的bcc结构贮氢合金
CN107190193A (zh) 一种纳米晶非晶Mg‑M‑Y储氢合金及其制备方法和用途
CN101704512B (zh) 复相贮氢合金
Wang et al. The effect of particle size on the electrode performance of Ti–V-based hydrogen storage alloys
Si et al. Structural characteristics and hydrogen storage properties of Ca3. 0− xMgxNi9 (x= 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0) alloys
CN114671403B (zh) 一种Ti-Mn-Fe储氢材料及其制备方法
CN110042304A (zh) 一种高压金属氢化物复合储氢罐用高平台压储氢合金

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20190628

Address after: 101407 No. 11 Xingke East Street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing

Applicant after: Research Institute of engineering and Technology Co., Ltd.

Address before: No. 2, Xinjie street, Xicheng District, Beijing, Beijing

Applicant before: General Research Institute for Nonferrous Metals

SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant