储氢合金的分类与性能

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1、储氢合金的分类与基本性能储氢合金按组成元素的主要种类分为:稀土系、钛系、锆系、镁系四大类，按主要组成元素的原子比分为:AB5型、AB2型、AB型、A2B型,另外也可按晶态与非晶态,粉末与薄膜进行分类。储氢合金基本特征：二元储氢合金(或金属间化合物)基本上是在1970年前后相继被发现的.这些二元储氢合金可分为AB5型(稀土系合金,如形成LaNi5H6)、AB2型(Laves相合金,如形成ZrV2H4.8)、AB型(钛系合金,如形成TiFeH1.9)和A2B型(镁基合金,如形成Mg2NiH4).其中A为氢化物稳定性元素(发热型金属),B为氢化物不稳定性元素(吸热型

2、金属),A原子半径大于B原子半径.氢在金属和合金中比液态氢的密度高,氢能够在相对温和的条件下可逆吸放,并且伴随热的释放与吸收.实验检测和模拟计算证明,氢主要以原子形式存在,部分带有负电荷。1稀土系储氢合金稀土系储氢合金以LaNi5为代表,可用通式AB5表示,具有CaCu5型六方结构。性能：较高的吸氢能力(储氢量高达1.37重量%),较易活化,对杂质不敏感以及吸脱氢不需高温高压(当释放温度高于40℃时放氢就很迅速)等优良特性。应用领域：是热泵、电池、空调器等应用中的理想候选材料,有很大的应用潜力。影响元素、改进性能的研究方法：合金吸氢后晶胞体积膨胀较大,易粉化,

3、比表面随之增大,从而增大合金氧化的机会,使合金过早失去吸放氢能力。这就使氢镍电池中储氢容量衰减快,而且价格昂贵。由于纯稀土金属价格昂贵不能满足工业生产的大量需求,为了降低成本,人们利用混合稀土(Mm:La、Ce、Nd、Pr)、Ca、Ti等置换LaNi5中的部分La,以Co、Al、Mn、Fe、Cr、Cu、Si、Sn等置换Ni以改善性能,开发出多元混合稀土储氢合金。混合稀土储氢合金材料有富铈的和富镧的,其优点是资源丰富,成本较低。在混合稀土材料中通常都加入Mn,这样可以扩大储氢材料晶格的吸氢能力,提高初始容量,但Mn也比较容易偏析,生成锰的氧化物,从而使合金的性质

4、和晶格发生变化,降低吸放氢能力,缩短寿命。因此,为了制约Mn的偏析,以提高储氢合金的性能和寿命,在混合稀土材料中往往还要添加Co和Al。2钛系储氢合金目前己发展出多种钛系储氢合金,如钛铁、钛锰、钛铬、钛锆、钛镍、钛铜等,它们除钛铁为AB型外,其余都为AB2型系列合金。FeTi合金是AB型储氢合金的典型代表,具有CsCl型结构。性能：它的储氢能力甚至还略高于LaNi5。首先,FeTi合金活化后,能可逆地吸放大量的氢,且氢化物的分解压强仅为几个大气压,很接近工业应用;其次,Fe、Ti两种元素在自然界中含量丰富,价格便宜,适合在工业中大规模应用,因此一度被认为是一种

5、具有很大应用前景的储氢材料而深受人们关注。其缺点是吸氢和放氢循环中具有比较严重的滞后效应。为了改善钛锰合金的滞后现象,科学家们用锆置换部分钦,用铬、钡、钴、镍等一种或数种元素置换部分锰,已经研制出数种滞后现象较小,储氢性能优良的钛锰系多元储氢合金。影响元素、改进性能的研究方法：改善FeFi合金活化性能最有效的途径是合金化,研究结果表明,用Mn、Cr、Zr和Ni等过渡族元素取代FeTi合金中的部分Fe就可以明显改善合金的活化性能,使合金在室温下经一段孕育期就能吸放氢,但同时要损失合金一部分其他储氢性能,研究还表明用机械压缩和酸、碱等化学试剂表面处理也能改善FeF

6、i合金的活化性能。应用领域：广泛的工业领域1镁系储氢合金制备方法:制备方法对于镁基合金的性能有很大影响。从镁基合金发现到现在,合成技术不断进步。镁基储氢材料的合成一般有下列几种方法:高温熔炼法、置换2扩散法、固相扩散法、燃烧合成法、机械合金化法(MA)。在这些方法中,机械合金化法是近年来公认性能比较出色的新制备方法。该法通过机械研磨(MG)可以得到晶态的、非晶态的以及准晶态的合金。通过此种方法可以显著改善合金的表面特征,从而改善其吸放氢的活化性能和反应动力学,并且能降低吸氢温度、提高吸氢量。近年来许多镁基复合储氢材料的制备主要是采用机械研磨法得到的。通过磨镁的

7、氢化物可以大大改善纯镁的吸氢性质。比表面积可以增加10倍,并且由机械变形过程引起的结构缺陷降低了脱氢的活化能。球磨后,材料在573K时400s吸氢量就可达到7(wt)%;在623K下,600s就可脱去同样量的氢。通过高能球磨纯镁和纯镍粉,然后在350℃、3MPa氢压下退火20h,可以制备Mg2Ni复合储氢材料。此复合材料是由Mg和Mg2Ni相组成的。相分布和每相的粒径与镍含量有关。当镍含量为35(wt)%时,复合材料由均匀分布的纳米晶Mg2Ni和Mg相构成,具有最好的脱氢性质。脱氢可在290℃下进行,40min可放氢314(wt)%;若在305℃,40min可

8、放氢418(wt)%。经过150次吸放