金属氢化物贮氢技术研究与发展
可有效克服上述缺点,其中以Mn和Al部分取代Ni效果最佳。Mn与Al是最强的降低吸氢平衡压力元素,其中Mn的置换可以较好保持原合金的贮氢容量,而Al元素则显著缩小吸放氢滞后压力差和改变乙H值,一些典型的稀土系合金及其主要贮氢性能列于表2。
2.1.3MINi5系合金
MINi5合金首先由浙江大学开发,它是一种利用我国丰富稀土资源的新型贮氢合金。Ml是提取Ce后的富含La(≥40wt%)与Nd的混合稀土金属。以Ml取代La组成的MINi5不仅保持了LaNi5所具有的许多优良特性,而且在贮氢容量和动力学性能方面优于LaNi5。由于Ml价格仅为纯La的约1/3,因此更具实用性。MINi5可在室温下一次活化,形成MINi5H6.7氢化物,20°C分解压为0.38MPa,滞后小于0.1MPa,从性能和价格考虑,可作为金属氢化物贮运氢的首选材料。
为满足不同应用场合需要,进一步发展了MlNi5-xMx系列(M:Mn、A1、Cr、Cu、Fe,≤1.0)。优选的一些合金氢化物性能列于表2。其中MINi4.5Mn0.5和MlNi4.75A10.25非常适合于氢气的大规模集装箱输送。作者近年来在MlNi5基础上又发展了一种Ml1-x、CaxNi5系三元合金。Ca也是一种吸氢元素,由于其重量轻、价格便宜、资源丰富,以其部分取代Ml目的在于进一步提高贮氢容量和降低成本。研究表明,当x=0.1-0.9范围,所有合金组成的贮氢量均达到1.6wt%,而20℃的分解压为0.1-1.0MPa,处于工业应用的最佳范围。该系列合金已成功地选用于氢能汽车氢燃料箱和便携式燃料电池氢燃料箱。
2.2钛系合全(AB和AB2)
2.2.1TiFe系合金(AB型)
TiFe是AB型贮氢合金的典型代表,由美国布鲁克海文国家实验室首先发明。TiFe与氢的反应在P-C-T上出现二个平台。低平台对应于TiFeHL1.04,高平台对应于TiFeH1.95,反应ΔH°值分别为-28.0kJ/moIH2和-31.4kJ/moIH2。TiFe的最大吸氢容量可达1.8wt%。但是,当成分不匀或偏离化学计量或被氧化,则贮氢容量将明显降低。此外,TiFe合金还存在有活化困难(需≥300°C下排气)和抗杂质气体中毒能力差的缺点)为改善TiFe的贮氢特性,尤其是活化性能,开展了有关合金化和表面改性处理研究。在TiFe1-xMx主系研究中,以替代元素Mn组成的三元合金性能最佳。典型的合金是TiFe0.85Mn0.15H1.6。一些典型AB和AB2合金的主要性能见表3。
作者另辟溪径,研究了Ti过量(非正份)和同时添加少量混合稀土元素对TiFe活化性能等的影响。研究系列包括Ti1+xFe+ywt%Mm(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4;y=0,1.5,3.0,4.5,6.0)。筛选出的Ti1.2FeMm0.04合金可在室温下活化,首次吸氢量达到223ml/g(1.9wt%),有效贮氢量为187m1/g(1.65wt%),优于TiFe1-xMnx系。2.2.2TiMn系合金(AB2)
从综合性能考虑,作为氢气贮存与输送为主要目的的应用中乃以Ti-Mn组成的合金更具实用性。TiMn2是Laves相金属化合物,日本松下公司在优化Ti-Mn成份时发现,当Mn/Ti=1.5时室温贮氢量达到最大,这就是TiMn1.5H2.4(性能参见表3)。。对经1100℃退火处理的典型TiMnL6合金在20C吸氢量为228ml/g(1.8wt 《金属氢化物贮氢技术研究与发展(第3页)》
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2.1.3MINi5系合金
MINi5合金首先由浙江大学开发,它是一种利用我国丰富稀土资源的新型贮氢合金。Ml是提取Ce后的富含La(≥40wt%)与Nd的混合稀土金属。以Ml取代La组成的MINi5不仅保持了LaNi5所具有的许多优良特性,而且在贮氢容量和动力学性能方面优于LaNi5。由于Ml价格仅为纯La的约1/3,因此更具实用性。MINi5可在室温下一次活化,形成MINi5H6.7氢化物,20°C分解压为0.38MPa,滞后小于0.1MPa,从性能和价格考虑,可作为金属氢化物贮运氢的首选材料。
为满足不同应用场合需要,进一步发展了MlNi5-xMx系列(M:Mn、A1、Cr、Cu、Fe,≤1.0)。优选的一些合金氢化物性能列于表2。其中MINi4.5Mn0.5和MlNi4.75A10.25非常适合于氢气的大规模集装箱输送。作者近年来在MlNi5基础上又发展了一种Ml1-x、CaxNi5系三元合金。Ca也是一种吸氢元素,由于其重量轻、价格便宜、资源丰富,以其部分取代Ml目的在于进一步提高贮氢容量和降低成本。研究表明,当x=0.1-0.9范围,所有合金组成的贮氢量均达到1.6wt%,而20℃的分解压为0.1-1.0MPa,处于工业应用的最佳范围。该系列合金已成功地选用于氢能汽车氢燃料箱和便携式燃料电池氢燃料箱。
2.2钛系合全(AB和AB2)
2.2.1TiFe系合金(AB型)
TiFe是AB型贮氢合金的典型代表,由美国布鲁克海文国家实验室首先发明。TiFe与氢的反应在P-C-T上出现二个平台。低平台对应于TiFeHL1.04,高平台对应于TiFeH1.95,反应ΔH°值分别为-28.0kJ/moIH2和-31.4kJ/moIH2。TiFe的最大吸氢容量可达1.8wt%。但是,当成分不匀或偏离化学计量或被氧化,则贮氢容量将明显降低。此外,TiFe合金还存在有活化困难(需≥300°C下排气)和抗杂质气体中毒能力差的缺点)为改善TiFe的贮氢特性,尤其是活化性能,开展了有关合金化和表面改性处理研究。在TiFe1-xMx主系研究中,以替代元素Mn组成的三元合金性能最佳。典型的合金是TiFe0.85Mn0.15H1.6。一些典型AB和AB2合金的主要性能见表3。
作者另辟溪径,研究了Ti过量(非正份)和同时添加少量混合稀土元素对TiFe活化性能等的影响。研究系列包括Ti1+xFe+ywt%Mm(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4;y=0,1.5,3.0,4.5,6.0)。筛选出的Ti1.2FeMm0.04合金可在室温下活化,首次吸氢量达到223ml/g(1.9wt%),有效贮氢量为187m1/g(1.65wt%),优于TiFe1-xMnx系。2.2.2TiMn系合金(AB2)
从综合性能考虑,作为氢气贮存与输送为主要目的的应用中乃以Ti-Mn组成的合金更具实用性。TiMn2是Laves相金属化合物,日本松下公司在优化Ti-Mn成份时发现,当Mn/Ti=1.5时室温贮氢量达到最大,这就是TiMn1.5H2.4(性能参见表3)。。对经1100℃退火处理的典型TiMnL6合金在20C吸氢量为228ml/g(1.8wt 《金属氢化物贮氢技术研究与发展(第3页)》