用于氫化物復(fù)合儲(chǔ)氫器和高壓氫化物壓縮器的儲(chǔ)氫合金研究.pdf

1、本文對(duì)氫化物復(fù)合高壓儲(chǔ)氫器用儲(chǔ)氫合金及高壓金屬氫化物壓縮機(jī)用儲(chǔ)氫材料的研究進(jìn)展進(jìn)行了全面綜述。在此基礎(chǔ)上,選擇具有高分解壓和高儲(chǔ)氫容量的AB2型Ti-cr-Mn(Fe)基多元儲(chǔ)氫合金為研究對(duì)象,系統(tǒng)研究了合金的晶體結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)氫性能,以及壓縮性能。通過(guò)吸放氫性能測(cè)試和XRD分析,研究了Cr/Mn比、Cr/Fe比和電子濃度e/α對(duì)合金吸放氫特性的影響,以及Fe、v、Cu元素的添加對(duì)合金儲(chǔ)氫性能和相結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,優(yōu)化出性能優(yōu)良、適用于氫化物復(fù)

2、合高壓儲(chǔ)氫器和金屬氫化物高壓壓縮器的儲(chǔ)氫合金,采用研制的儲(chǔ)氫合金設(shè)計(jì)并研制出性能優(yōu)異的工作壓力為40MPa的氫化物復(fù)合高壓儲(chǔ)氫器和增壓壓力超過(guò)70MPa的金屬氫化物高壓壓縮器樣機(jī)。
　　 對(duì)Ti0.9Zr0.15CrxMn1.8-xV0.2(x=1.4,0.9,0.5,0.2)和Ti0.95Zr0.05CrxMn1.75-xV0.2Fe0.05(x=1.1,0.9,0.7,0.5,0.3)系多元合金的研究結(jié)果表明:合金的主相均為

3、c14 Laves相,并且存在少量的雜相。合金的品格常數(shù)和晶胞體積都隨Cr/Mn比的減小呈線(xiàn)性遞減。隨著Mn含量增加,Ti0.9Zr0.15CrxMn1.8-xV0.2系列合金的吸放氫平臺(tái)壓升高,傾斜因子減小,但滯后因子增大。Ti0.95Zr0.05CrxMn1.75-xV0.2Fe0.05系列合金吸放氫平臺(tái)平坦且范圍寬,吸氫量大,放氫率高。隨著Cr/Mn比的減小和電子濃度e/α的增加,吸放氫平臺(tái)壓升高,吸放氫平臺(tái)傾斜度減小,但滯后因子

4、增大。其中Ti0.95Zr0.05Cr0.7Mn1.05V0.2Fe0.05合金的在273K時(shí)最大儲(chǔ)氫量達(dá)到2.09wt.％,吸放氫平臺(tái)壓分別為2.13MPa、1.17MPa,滯后因子為0.60,具有優(yōu)異的儲(chǔ)氫特性,適合于作為氫化物復(fù)合高壓儲(chǔ)氫器用儲(chǔ)氫合金。采用該合金與輕質(zhì)高壓儲(chǔ)氫容器復(fù)合制作了氫化物復(fù)合高壓儲(chǔ)氫器,室溫下體積儲(chǔ)氫密度和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度分別達(dá)到29.7kg H2/m-3和2.4wt.％。
　　 對(duì)Ti0.8Zr0.2

5、Cr(2-x)/2Fe(2-x)/2Vx(x=0,0.1,0.2)和Ti0.8Zr0.2Cr1.9-xFexV0.1(x=0.5,0.7,0.95,1.1,1.2)系列合金的研究結(jié)果表明:合金吸放氫前后都是由六方晶系的MgZn2(C14)結(jié)構(gòu)組成,隨著Cr/Fe比的降低,合金的晶格常數(shù)和晶胞體積呈線(xiàn)性遞減,合金的吸放氫曲線(xiàn)均具有較寬的壓力平臺(tái)和良好的平臺(tái)特性。隨著V、Cu元素的引入,Ti0.8Zr0.2Cr(2-x)/2Fe(2-x)/

6、2Vx系合金的吸氫量和吸氫速率顯著提高。適量的V可以減小合金的滯后性和平臺(tái)傾斜度,但是Cu的加入會(huì)增加滯后因子和傾斜度程度。當(dāng)部分Ti被zr替代時(shí),吸氫量有所提高,但滯后性增加。同時(shí),Ti0.8Zr0.2Cr1.9-xFexV0.1(x=0.5,0.7,0.95,1.1,1.2)系列合金隨著Cr/Fe比的減小,儲(chǔ)氫量增加,但合金活化次數(shù)增加,飽和吸氫時(shí)間延長(zhǎng),α、β兩相區(qū)域變寬,滯后性增加,平臺(tái)傾斜度降低。其中,Ti0.8Zr0.2Cr

7、0.95Fe0.95V0.1合金動(dòng)力學(xué)性能良好,具有較為平坦的壓力平臺(tái),在258K時(shí)最大儲(chǔ)氫量為1.72wt.％,吸放氫平臺(tái)壓分別為2.54MPa、2.32MPa.,滯后因子為0.09,吸放氫時(shí)的生成焓△H分別為-19.6kJ/molH2和-20.5J/mol H2,該合金適合于作為高壓氫化物壓縮用儲(chǔ)氫合金。采用該合金作為第二級(jí)高壓壓縮合金與AB5型稀土系合金La0.35Ce0.45Ca0.2Ni4.95Al0.05(作為第一級(jí)壓縮合金