儲氫合金的分類與性能

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1、儲氫合金的分類與基本性能儲氫合金按組成元素的主要種類分為:稀土系、鈦系、鋯系、鎂系四大類，按主要組成元素的原子比分為:AB5型、AB2型、AB型、A2B型,另外也可按晶態(tài)與非晶態(tài),粉末與薄膜進行分類。儲氫合金基本特征：二元儲氫合金(或金屬間化合物)基本上是在1970年前后相繼被發(fā)現(xiàn)的.這些二元儲氫合金可分為AB5型(稀土系合金,如形成LaNi5H6)、AB2型(Laves相合金,如形成ZrV2H4.8)、AB型(鈦系合金,如形成TiFeH1.9)和A2B型(鎂基合金,如形成Mg2NiH4).其中A為氫化物穩(wěn)定性元素(發(fā)熱型金屬),B為氫化物不穩(wěn)定性元素(吸熱型金屬),A原子半

2、徑大于B原子半徑.氫在金屬和合金中比液態(tài)氫的密度高,氫能夠在相對溫和的條件下可逆吸放,并且伴隨熱的釋放與吸收.實驗檢測和模擬計算證明,氫主要以原子形式存在,部分帶有負電荷。1稀土系儲氫合金稀土系儲氫合金以LaNi5為代表,可用通式AB5表示,具有CaCu5型六方結(jié)構(gòu)。性能：較高的吸氫能力(儲氫量高達1.37重量%),較易活化,對雜質(zhì)不敏感以及吸脫氫不需高溫高壓(當釋放溫度高于40℃時放氫就很迅速)等優(yōu)良特性。應用領域：是熱泵、電池、空調(diào)器等應用中的理想候選材料,有很大的應用潛力。影響元素、改進性能的研究方法：合金吸氫后晶胞體積膨脹較大,易粉化,比表面隨之增大,從而增大合金氧化

3、的機會,使合金過早失去吸放氫能力。這就使氫鎳電池中儲氫容量衰減快,而且價格昂貴。由于純稀土金屬價格昂貴不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的大量需求,為了降低成本,人們利用混合稀土(Mm:La、Ce、Nd、Pr)、Ca、Ti等置換LaNi5中的部分La,以Co、Al、Mn、Fe、Cr、Cu、Si、Sn等置換Ni以改善性能,開發(fā)出多元混合稀土儲氫合金?；旌舷⊥羶浜辖鸩牧嫌懈烩嫷暮透昏|的,其優(yōu)點是資源豐富,成本較低。在混合稀土材料中通常都加入Mn,這樣可以擴大儲氫材料晶格的吸氫能力,提高初始容量,但Mn也比較容易偏析,生成錳的氧化物,從而使合金的性質(zhì)和晶格發(fā)生變化,降低吸放氫能力,縮短壽命。因此,

4、為了制約Mn的偏析,以提高儲氫合金的性能和壽命,在混合稀土材料中往往還要添加Co和Al。2鈦系儲氫合金目前己發(fā)展出多種鈦系儲氫合金,如鈦鐵、鈦錳、鈦鉻、鈦鋯、鈦鎳、鈦銅等,它們除鈦鐵為AB型外,其余都為AB2型系列合金。FeTi合金是AB型儲氫合金的典型代表,具有CsCl型結(jié)構(gòu)。性能：它的儲氫能力甚至還略高于LaNi5。首先,FeTi合金活化后,能可逆地吸放大量的氫,且氫化物的分解壓強僅為幾個大氣壓,很接近工業(yè)應用;其次,Fe、Ti兩種元素在自然界中含量豐富,價格便宜,適合在工業(yè)中大規(guī)模應用,因此一度被認為是一種具有很大應用前景的儲氫材料而深受人們關注。其缺點是吸氫和放氫循環(huán)

5、中具有比較嚴重的滯后效應。為了改善鈦錳合金的滯后現(xiàn)象,科學家們用鋯置換部分欽,用鉻、鋇、鈷、鎳等一種或數(shù)種元素置換部分錳,已經(jīng)研制出數(shù)種滯后現(xiàn)象較小,儲氫性能優(yōu)良的鈦錳系多元儲氫合金。影響元素、改進性能的研究方法：改善FeFi合金活化性能最有效的途徑是合金化,研究結(jié)果表明,用Mn、Cr、Zr和Ni等過渡族元素取代FeTi合金中的部分Fe就可以明顯改善合金的活化性能,使合金在室溫下經(jīng)一段孕育期就能吸放氫,但同時要損失合金一部分其他儲氫性能,研究還表明用機械壓縮和酸、堿等化學試劑表面處理也能改善FeFi合金的活化性能。應用領域：廣泛的工業(yè)領域1鎂系儲氫合金制備方法:制備方法對于鎂

6、基合金的性能有很大影響。從鎂基合金發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在,合成技術不斷進步。鎂基儲氫材料的合成一般有下列幾種方法:高溫熔煉法、置換2擴散法、固相擴散法、燃燒合成法、機械合金化法(MA)。在這些方法中,機械合金化法是近年來公認性能比較出色的新制備方法。該法通過機械研磨(MG)可以得到晶態(tài)的、非晶態(tài)的以及準晶態(tài)的合金。通過此種方法可以顯著改善合金的表面特征,從而改善其吸放氫的活化性能和反應動力學,并且能降低吸氫溫度、提高吸氫量。近年來許多鎂基復合儲氫材料的制備主要是采用機械研磨法得到的。通過磨鎂的氫化物可以大大改善純鎂的吸氫性質(zhì)。比表面積可以增加10倍,并且由機械變形過程引起的結(jié)構(gòu)缺陷降低了

7、脫氫的活化能。球磨后,材料在573K時400s吸氫量就可達到7(wt)%;在623K下,600s就可脫去同樣量的氫。通過高能球磨純鎂和純鎳粉,然后在350℃、3MPa氫壓下退火20h,可以制備Mg2Ni復合儲氫材料。此復合材料是由Mg和Mg2Ni相組成的。相分布和每相的粒徑與鎳含量有關。當鎳含量為35(wt)%時,復合材料由均勻分布的納米晶Mg2Ni和Mg相構(gòu)成,具有最好的脫氫性質(zhì)。脫氫可在290℃下進行,40min可放氫314(wt)%;若在305℃,40min可放氫418(wt)%。經(jīng)過150次吸放