專利名稱：一種由FeV80中間合金制備的高容量釩基儲氫合金的制作方法
一種由FeV80中間合金制備的高容量釩基儲氫合金技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種釩基儲氫合金，該合金以廉價的FeV80 ( V含量為78-82wty。) 中間合金為原料，具有高的吸放氫容量和良好的活化性能，生產(chǎn)方法簡單，在氫的存儲和運(yùn) 輸以及燃料電池等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
隨著石油危機(jī)以及環(huán)境污染的R趨嚴(yán)重，人們對加快了新的、清潔能源的開發(fā)。 在眾多新能源(包括氫能，太陽能，核能，水力，風(fēng)能等)中，氫能作為未來能源中最重要 的可再生清潔能源之一而受到格外重視。氫能利用的三大核心技術(shù)包括氫的制取、氫的儲存 及以氫為燃料的燃料電池。氫的儲存是制約氫經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)的主要障礙之一。目前儲存氫氣主要 有3種方式低溫液氫儲氫，高壓儲氫和儲氫材料儲氫。采用低溫液氫儲氫，氫氣液化(-235°0 消耗的能量相當(dāng)于被液化氫氣能量的三分之一，液氫的汽化(特別是小的儲罐)所帶來的安全 問題也值得關(guān)注。使得此技術(shù)在國際上并不被看好。高壓儲氫方式儲氫量較少，使用過程中 壓降很大，控制較難，消耗的能量也較多。儲氫材料儲氫，是目前研究開發(fā)最為活躍的儲氫 技術(shù)。在眾多的儲氫材料中，儲氫合金是研究最為成熟的儲氫材料。儲氫合金主要有AB5型、AB2型、AB型、鎂基儲氫合金(包括A2B型)和釩基BCC固 溶體儲氫合金。ABs型儲氫合金(以LaNis為代表)、AB2型儲氫(以ZrMn2、 TiMn2為代表) 及AB型儲氫合金(以TiFe為代表)的吸放氫量均不足2.0wt%。 Mg基儲氫合金雖然具有很 高的理論儲氫量，最高可達(dá)7.6wt。/。，但是需要在較高的溫度G00 40(TC)下才能實現(xiàn)吸放 氫，吸放氫溫度過高，即使采用納米結(jié)構(gòu)化、納米催化及納米復(fù)合化等技術(shù)處理后，Mg儲氫 合金在室溫下依然無法實現(xiàn)有效的吸放氫。釩基BCC固溶體儲氫合金，室溫下吸氫即可達(dá)到 很高的儲氫量(大于3.0wt。/。)，放氫時有效放氫量大于2.0wt%，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是 由于金屬釩的價格太高(純金屬的價格超過200萬/噸)，過高的成本制約該系列合金的應(yīng)用。1995年，Kei Nomura等[Kei Nomura, Etsuo Akiba, J. Alloys Comps, 231(1995)513-517]首先 報道了采用FeV80中間合金制備的Ti4oV48.8Feu.2Al3.5合金，該合金吸氫量達(dá)到3.5wt。/。，但是放 氫量僅為0.5wt。/。。黃太仲等[Taizhong Huang, Zhu Wu, Baojia Xia， Jinzhou Chen， Xuebin Yu， Naixin Xu,Changwei Lu, Huimei Yu,. Tech Adv Mater， 4 (2003) 491-494]報道TiCij.2(V-Fe)0.6 合金，該合金吸氫量僅為3.2wt。/。， 333K下放氫量為2.0wt。/。。可見，目前所報道采用FeV80中 間合金制備的釩基BCC固溶體儲氫合金吸放氫容量都較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決釩基儲氫合金高成本的問題，提供一種由FeV80中間合金 制備的高容量釩基BCC固溶體儲氫合金。本發(fā)明是一種由FeV80中間合金制備的高容量釩基BCC固溶體儲氫合金，其特征在于 化學(xué)式為Ti(100-a-b-c-d-e陽f-g) VaCrbFecAldREeMf，式中15《a《60， 3《b《50， 0<c《20， 0 <d《5， 0<e《5， 0<f《5， a/c《9, RE代表稀土金屬元素La， Ce， Pr， Nd， Sm， Gd， Dy， Tb， Y中的一種或幾種，M代表Zr， Mn, Co, Ni， C， Si中的一種或幾種。本發(fā)明所述合金 可通過電弧熔煉或感應(yīng)熔煉制備，方法如下原料為純度在99.6%以上單質(zhì)金屬元素，以及 含V量為78-82wt。/。的FeV80中間合金。按合金的化學(xué)計量比配料，采用電弧爐或中頻感應(yīng) 爐熔煉，熔煉過程采用真空保護(hù)或高純氬氣保護(hù)；為保證合金的均勻性，真空電弧爐中熔煉 的合金需要翻轉(zhuǎn)熔煉3 5遍。熔煉所得的合金在1000。C 150(TC保溫lmin 50h，并隨爐冷 卻。所得的合金去除表面的氧化皮之后，機(jī)械破碎至l毫米左右，取3克進(jìn)行吸放氫測試。
圖1為合金V29Ti34Cr24FeK)Al,.5Si。.5Ce,室溫(298K)下首次吸氫的動力學(xué)曲線。圖2為合金V37Ti26Cr24Fe8A".5Mri2LaL5的XRD衍射圖譜。圖3為合金V29Ti31C.r31Fe6 Al15Sia5Cei合金298K下的放氫PCT曲線。圖4為合金V33.5TiMCr25Fe7Ni2Al2Sia5Ce|合金298K下的放氫PCT曲線。
具體實施方式
下面通過具體實施例描述對本發(fā)明作進(jìn)步說明，但本發(fā)明絕非僅限于事實例實施例實施例1:合金的成分為V29Ti34Cr24FeKjAh.5Sio.5Ce!，氬氣保護(hù)下采用電弧反復(fù)熔煉5次，然后在130(TC下真空退火0.5小時，所得合金在空氣中破碎至lmm左右，取3克做吸放氫測 試。裝有合金的容器在室溫(25°C)下用機(jī)械泵抽真空30min (分鐘)后，充入3MPa的氫 氣，合金經(jīng)過0.2min孕育期后丌始迅速吸氫，5min后吸氫量達(dá)到3.68wt%，基本達(dá)到吸氫飽 和(見圖l)， 1(XTC下合金的放氫量達(dá)到2.2wtn/0。實施例2:合金的成分為V37Ti26Cr24Fe8Al,.5Mii2La,.5，氬氣保護(hù)下采用電弧反復(fù)熔煉5次， 然后在1400'C下真空退火2小時。所得合金在空氣中破碎，粒徑為lmm左右的粉用于吸放 氫測試，粒徑為75 ixm的粉用于X-ray衍射測試。裝有合金的容器在室溫(25°C)下用機(jī)械 泵抽真空30min (分鐘)后，充入3MPa的氫氣，合金室溫下可以直接吸氫，最大吸氫量達(dá) 到3.65wt。/。， 100'C放氫量達(dá)到2.5wt。/。。該合金具有BCC單相結(jié)構(gòu)(見圖2)，晶格常數(shù)達(dá)到 0.3037nm。實施例3:合金的成分為V^T^Ci^FesM.sSio.sCe"氬氣保護(hù)下采用電弧反復(fù)熔煉5次， 然后在140(TC下真空退火0.5小時。合金在空氣中破碎至1 5mm，取3克做吸放氫測試。 裝有合金的容器在室溫(25°C)下用機(jī)械泵抽真空30min (分鐘)后，充入3MPa的氫氣， 合金在室溫下可以直接吸氫，5min后吸氫量達(dá)到3.76wt%， 298K下放氫量達(dá)到2.35wt% (見 圖3)， IO(TC下放氫量達(dá)到2.56wt%。實施例4:合金的成分為V33.5Ti2gCr25Fe7Ni2Al2Sia5Cei，氬氣保護(hù)下采用電弧反復(fù)熔煉5 次，然后在140(TC下真空退火0.5小時。合金在空氣中破碎至1 5mm左右，取3克做吸放 氫測試。裝有合金的容器在室溫(25°C)下用機(jī)械泵抽真空30min后，充入3MPa的氫氣， 合金在室溫下可以直接吸氫量，最大吸氫量達(dá)到3.72wt%，室溫下放氫量達(dá)到2.23wt% (見 圖4)， IOO'C下放氫量達(dá)到2.48wt%。
權(quán)利要求
1.一種釩基型貯氫合金，由FeV80中間合金作為釩源制備，其特征在于化學(xué)式為Ti(100-a-b-c-d-e-f-g)VaCrbFecAldREeMf，式中15≤a≤60，3≤b≤50，0＜c≤20，0＜d≤5，0＜e≤5，0＜f≤5，a/c≤9，RE代表稀土金屬元素La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Dy，Tb，Y中的一個或幾種，M代表Zr，Mn，Co，Ni，C，Si中的一種或幾種。合金采用電弧熔煉或感應(yīng)熔煉，熔煉過程采用真空或氬氣氣氛保護(hù)。熔煉后熱處理過程為在1000℃～1500℃保溫1min～50h，并隨爐冷卻。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的釩基貯氫合金，其特征在于合金形成單一BCC相或BCC相包含富稀土 相兩相結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種由FeV80中間合金制備的高容量釩基儲氫合金，F(xiàn)eV80中間合金V含量為78-80wt％。該合金解決了釩基儲氫合金成本高的問題，具有較好的吸放氫容量，且具有良好的活化性能和動力學(xué)性能。該合金屬釩基BCC固溶體型，化學(xué)式為Ti(100-a-b-c-d-e-f-g)V<sub>a</sub>Cr<sub>b</sub>Fe<sub>c</sub>Al<sub>d</sub>RE<sub>e</sub>M<sub>f</sub>，式中15≤a≤60，3≤b≤50，0＜c≤20，0＜d≤5，0＜e≤5，0＜f≤5，a/c≤9，RE代表稀土金屬元素La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Dy，Tb，Y中的一個或幾種，M代表Zr，Mn，Co，Ni，C，Si中的一種或幾種。合金的制備包括真空或惰性氣氛保護(hù)熔煉及熱處理過程采用電弧爐或中頻感應(yīng)爐熔煉，熔煉過程采用真空保護(hù)或高純氬氣保護(hù)；熱處理為1000℃-1500℃下保溫1min-50h。該系列合金吸氫量超過3.6wt.％，放氫量(373K以下，截止0.1atm)超過2.2wt％。該系列合金制備方法簡單，在氫的存儲和運(yùn)輸以及燃料電池等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C22C27/02GK101153362SQ20071005003
公開日2008年4月2日 申請日期2007年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月17日
發(fā)明者嚴(yán)義剛, 吳朝玲, 周瀟瀟, 浩 梁, 涂銘旌, 陳云貴, 陶明大 申請人:四川大學(xué)