CN1214124C - 经钒、铁改性的钛铬系储氢合金 - Google Patents

经钒、铁改性的钛铬系储氢合金 Download PDF

Info

Publication number
CN1214124C
CN1214124C CNB031293018A CN03129301A CN1214124C CN 1214124 C CN1214124 C CN 1214124C CN B031293018 A CNB031293018 A CN B031293018A CN 03129301 A CN03129301 A CN 03129301A CN 1214124 C CN1214124 C CN 1214124C
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
hydrogen
ticr
storage
titanium
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB031293018A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1470661A (zh
Inventor
黄太仲
吴铸
夏保佳
余学斌
陈金舟
倪君
徐乃欣
黄铁生
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.)
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
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 Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS filed Critical Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority to CNB031293018A priority Critical patent/CN1214124C/zh
Publication of CN1470661A publication Critical patent/CN1470661A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1214124C publication Critical patent/CN1214124C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种经钒、铁改性的钛铬系储氢合金。其特征在于(1)V和Fe两种元素同时取代TiCrx合金中的部份铬元素；(2)合金组成为：TiCrx-y-zVyFez，式中1.75≤X≤2.0，0＜Y≤1.2，0＜Z≤0.5。取代后钛铬系储氢合金0℃时的储氢量最高可超过3wt%，可作为大规模氢源的储氢材料，用于燃料电池等方面。

Description

经钒、铁改性的钛铬系储氢合金
技术领域
本发明涉及一类新型储氢合金的成份设计。更确切地说，本发明通过在TiCrX合金中添加V、Fe两种改性元素，提高合金的储氢量，从而使这类材料可以作为大规模氢源的储氢材料，属于储氢合金领域。
背景技术
随着石油、煤炭等传统能源危机的加剧和以氢为燃料的电动汽车等其它可以使用氢作为替代燃料的机械的发展，氢正越来越得到人类的重视，日本把二十一世纪的经济称为氢经济。在开发氢的各种新用途的过程中，氢的存储方式越来越受到人们的重视。目前正在使用的储氢方式包括高压储氢、液态储氢、金属氢化物以及吸附存储。高压储氢由于氢的压力较高，而且氢容易泄露而发生危险，非常不适合作为移动的氢源。液态储氢需要低温，氢的挥发也较严重，液化过程耗能大，也不适合做为移动的氢源。氢的吸附存储储氢量较低，放氢也需要一定的附属设备，作为移动的储氢装置也不方便。金属氢化物储氢是目前比较成熟的可以作为移动储氢的一种方式。该方式的储氢量在各种方式中是最高的，是一种非常理想的储氢方式。目前已开发出的各种储氢合金可以分为AB5、AB2、AB以及A2B型等。AB5型储氢合金以LaNi5合金为代表，储氢质量比低于1.4％(重量)；AB2型储氢合金以TiMn2和TiCr2合金为代表，储氢量一般不超过1.8％(重量)；AB型储氢合金以TiFe合金为代表，储氢量一般也不超过1.8％(重量)，而且该合金的活化困难；A2B型储氢合金以Mg2Ni合金为代表，储氢量一般大于3.0％(重量)，但该合金的放氢温度超过250℃限制了它的应用，此合金一般应用于某些特殊领域。
TiCr2储氢合金作为AB2型储氢合金的代表之一，1978年该合金首次在美国布鲁克海文国家实验室首次被发现具有储氢功能。1980年其发现者J.R.Johnson发表了有关该合金储氢性能的一些报道(J.R.JohnsonJ.Less-Common Metals，1980，73：345)。1983年，J.R.Johnson又报道了该合金的金属氢化物TiCr1.8H5.3，但是此时合金的吸氢压力超过10Mpa(兆帕)，温度为-78℃，这样苛刻的吸氢条件非常不适合实际应用。另外由于该合金的强度很高，耐腐蚀性强，也常用作航天用材料(何玉定，曲选辉，黄伯云；J.中国有色金属学报，1998，4：568；Chen K.C.，Allen S.M.，LivingstonJ.D.J.Materials Science&Engineering 1998，A242：62-173)。
由于TiCr2合金在通常条件下，吸氢量较低，自从发现后一直没有得到足够的重视。近年来，由于技术发展的需要，高容量储氢合金的发展越来越受到人们的重视，TiCr2合金的研究也重新成为研究的热点(Bououdina M.，Enoki H.，Akiba E.J.Alloys and Compounds 1998，281：290；Beeri O.，Cohen D.，Johnson J.R.Mintz M.H.J.Alloys and Compounds 1998，267：113)。但研究结果表明合金只有在氢气压力极高和温度非常低条件下才能吸附大量的氢，在通常条件下合金的储氢性能不能得到充分的发挥。
发明内容
本发明试图通过在TiCr2合金中添加V、Fe两种元素，提高合金的储氢量，降低合金的吸氢平台压力，使合金在常温常压条件下也具有较高的储氢量，更适合作为大规模用氢的氢源。
V元素和Fe元素可以调节氢与金属间的作用力，V元素同时还是重要的构成储氢合金的重要元素之一，V在TiCrX合金中既可以取代合金中相应晶格上的Ti，又可以取代相应的Cr元素，同时Ti与V也可以形成TiV合金，该合金也是重要的储氢合金。虽然Fe元素与氢发生反应的几率较小，但是Fe元素可以调节氢与其他元素的作用力，改善合金的活化性能。在合金吸氢时促进氢的吸收，而放氢时又可以加快放氢的速度。基于以上理解本发明通过使用V、Fe二元素同时取代合金中的部分Cr元素，改善金属元素与氢的结合力，明显提高了合金的储氢量。降低了合金的平台压力，合金的放氢量明显增加。因此，本发明设计了一种新组分的储氢合金，提高了合金的储氢量，改善了活化条件。本发明提供的经改性的储氢合金的组分设计为：TiCrX-Y-ZVYFeZ。
其中X的范围为：1.75≤X≤2.0，推荐范围为1.75≤X≤1.9；
其中Y的范围为：0＜Y≤1.2，推荐范围为0.3≤Y≤0.9；
其中Z的范围为：0＜Z≤0.5，推荐范围为0.05≤Z≤0.3；
本发明中提出的改性钛铬系储氢合金可以用通常的合金制备方法制备，具体是：先按比例称量各组分相应质量的金属单质(金属纯度为：Ti≥99％，Cr≥99％，V≥99％，Fe≥99％)，在氩气气氛保护下完全熔炼3～4次，即可得到相应组分的合金。如果采用钒铁合金取代合金中的部分或全部的钛或铁，合金中钛与铁的重量比例之和要大于99％。为了粉碎该合金，可以在快淬炉中在氩气气氛保护下进行快淬，得到条状或薄片状合金。该合金在未活化时也易于与空气接触产生氧化，从而形成金属氧化物抑制合金的活化性能。该合金如制备完成后长时间不使用，应置于惰性气氛保护下。
相应合金在空气中经机械粉碎后80目过筛，取样进行压力-组分-温度测试；在吸放氢设备中对合金进行不同压力下的吸放氢测试。测定温度和氢气压力对其储氢量的影响。
合金粉碎后，经孔径约75微米筛网过筛，用X射线衍射仪(XRD)对合金进行相组成测定，见图1和图2。XRD测试结果表明：当合金中引入V元素后，合金中出现了V相，检验出合金元素的单质形态，证明这两种元素的引入在合金中形成了固溶体结构。
本发明提供的TiCrX-Y-ZVYFeZ合金组成中含有V、Fe两种元素。V、Fe同时取代合金中的部分Cr元素，合金中出现了新的合金相，合金的吸放氢量得到明显提高。
该合金的储氢量超过2.0％(重量)，最高可超过3.0％(重量)，可以作为大规模氢源的储氢材料，应用在燃料电池等其它方面。
附图说明
图1是TiCr1.8合金的X射线衍射图。
图2是TiCr0.96V0.79Fe0.11合金的X射线衍射图。
图3是TiCr0.96V0.79Fe0.11合金在0℃时的吸放氢(PCT)曲线，图中纵坐标为合金吸氢时的氢气压力，单位为兆帕(MPa)。横坐标为合金的吸氢原子数与合金的分子比，其中H代表氢原子，M代表合金的分子组成。由图中可以看出，该合金在0℃时的吸氢量超过了2.4％(重量)。
图4是TiCr1.19V0.57Fe0.03合金在0℃时的吸放氢(PCT)曲线。
图5是TiCr1.66V0.21Fe0.03合金在0℃时的吸放氢(PCT)曲线。
图4、图5中纵坐标与横坐标与图3所标相同。
具体实施方式
实施例1
设计组分为TiCr0.96V0.79Fe0.11的合金，称取相应质量的各元素，在氩气气氛保护下熔炼四次，得到组分均匀的合金，然后在快淬炉中进行快淬，快淬时的线速度为20m/s。取快淬后的合金进行粉碎、过筛，粒径约200微米和75微米，再分别进行PCT和XRD测试。XRD测试结果见图2，0℃时的PCT结果见图3。从图可知，该储氢合金0℃时储氢量大于2.4％(重量)。
实施例2
设计组分为TiCr1.19V0.57Fe0.08的合金，称取相应质量的各元素，在氩气气氛保护下熔炼四次，得到组分均匀的合金，然后在快淬炉中进行快淬，快淬时的线速度为20m/s。取快淬后的合金进行粉碎、过筛，粒径约200微米和75微米，再进行PCT测试，0℃时的PCT结果见图4。0℃时储氢量近3.15％(重量)。与实施例1不同之处用V、Fe合金部分取代。
实施例3
设计组分为TiCr1.66V0.21Fe0.03的合金，称取相应质量的各元素，在氩气气氛保护下熔炼四次，得到组分均匀的合金，然后在快淬炉中进行快淬，快淬时的线速度为20m/s。取快淬后的合金进行粉碎、过筛，粒径约200微米和75微米，再进行PCT测试，0℃时的PCT结果见图5。0℃进储氢量只有1.50％(重量)。这是因为组份不在优先范围内。

Claims (3)

1.一种经改性的钛铬系储氢合金，其特征在于(1)V和Fe两种元素同时取代TiCrX合金中的部分铬元素，(2)合金的组成为：TiCrX-Y-ZVYFeZ，其X、Y、Z式中分别为：1.75≤X≤2.0，0≤Y≤1.2，0≤Z≤0.5。
2.根据权利要求1所述的经改性的钛铬系储氢合金，其特征在于组
成中1.75≤X≤1.9；0.3≤Y≤0.9；0.05≤Z≤0.3。
3.制备如权利要求1或2所述的经改性的钛铬系储氢合金的方法，其特征在于用采用钒铁合金取代合金中的部分或全部的钒或铁时，合金中钒铁的重量比例之和大于99％。
CNB031293018A 2003-06-13 2003-06-13 经钒、铁改性的钛铬系储氢合金 Expired - Fee Related CN1214124C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB031293018A CN1214124C (zh) 2003-06-13 2003-06-13 经钒、铁改性的钛铬系储氢合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB031293018A CN1214124C (zh) 2003-06-13 2003-06-13 经钒、铁改性的钛铬系储氢合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1470661A CN1470661A (zh) 2004-01-28
CN1214124C true CN1214124C (zh) 2005-08-10

Family

ID=34153476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB031293018A Expired - Fee Related CN1214124C (zh) 2003-06-13 2003-06-13 经钒、铁改性的钛铬系储氢合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1214124C (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114502756B (zh) * 2019-08-05 2024-04-19 新南创新私人有限公司 制备储氢合金的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1470661A (zh) 2004-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Effect of phase formation on hydrogen storage properties in Ti-V-Mn alloys by zirconium substitution
Li et al. Hydrogen storage performances, kinetics and microstructure of Ti1. 02Cr1. 0Fe0. 7-xMn0. 3Alx alloy by Al substituting for Fe
Xu et al. Microstructure and hydrogen storage properties of Zr0. 8Ti0. 2Co1− xFex (x= 0, 0.1, 0.2, 0.3) alloys
Wang et al. Effect of catalytic Pd coating on the hydrogen storage performances of ZrCo alloy by electroless plating method
CN1170950C (zh) 镁基储氢合金材料
Shang et al. Effect of Pr content on activation capability and hydrogen storage performances of TiFe alloy
Zhang et al. Effect of Sm content on activation capability and hydrogen storage performances of TiFe alloy
Ding et al. Highly efficient hydrogen storage capacity of 2.5 wt% above 0.1 MPa using Y and Cr codoped V-based alloys
CN100491559C (zh) 钛铁基贮氢合金
Chen et al. Substitution effect of Hf on hydrogen storage capacity and cycling durability of Ti23V40Mn37 metal hydride alloys
Barale et al. TiFe0. 85Mn0. 05 alloy produced at industrial level for a hydrogen storage plant
Zhou et al. Development of RE-based and Ti-based multicomponent metal hydrides with comprehensive properties comparison for fuel cell hydrogen feeding system
Konik et al. Structure and hydrogenation features of mechanically activated LaNi5-type alloys
CN105695828A (zh) 一种 Mg 基高容量贮氢合金及其制备方法
CN1214124C (zh) 经钒、铁改性的钛铬系储氢合金
Ruz et al. An investigation of hydriding performance of Zr2− xTixNi (x= 0.0, 0.3, 0.7, 1.0) alloys
CN1271231C (zh) 一种经锆、钒、铁改性的钛铬基储氢合金及制备方法
CN1207412C (zh) 高储氢量的钛－钒基储氢合金
CN1271229C (zh) 一种经镍、钒、铁改性的钛铬基储氢合金及制备方法
CN102212721A (zh) 一种镁镍基储氢材料及制备方法
CN1222631C (zh) 经改性的钛锰系储氢合金
Choi et al. Electrochemical characteristics of the composite metal hydride of TiFe and TiMn2 synthesized by mechanical alloying
KR100187919B1 (ko) 수소흡장합금
Vojtěch et al. Electrochemical hydriding as method for hydrogen storage?
CN1570176A (zh) 一种由锰、钒、铁同时改性的钛铬基储氢合金及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20050810