[发明专利]储氢合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种无稀土元素的储氢合金，特别涉及一种具有稳定合金结构且在常温下有高的吸氢/放氢能力和储氢量的储氢合金。

背景技术

由于能源危机的引爆以及现有能源的使用方法对地球造成的诸多危害，绿色能源的开发便成为最受注目的研发项目，诸如如何可以在最经济的状况下，使用天然氢能源、太阳能、生质能源、地热、潮硅能源等，不会对环境造成污染威胁的能源及方法，都受到广泛的研究。

氢是地球上蕴藏量第三大的化学元素，当其燃烧时可生成140千焦/公斤(kJ/kg)的热量，氢气除了具有燃烧效率佳的优点之外，其燃烧产物为不会造成任何污染的水，因而成为炙手可热的绿色能源，其中镍氢电池因为具有储电量大及稳定度高的优点，因此各领域选用能源时，镍氢电池也备受注目，尤其是成为开发氢燃料电池车时的重点研发方向；但是氢气因为具有易燃性，因此在以氢气为能源进行发电时，氢气储存的安全性便成为一个重要的课题，氢化物(hydride)因为具有价格便宜、安全性高、不会产生温室气体、高单位储存量和容易吸收/释出氢气的特性，而被视为是绝佳的储氢材料。

高熵合金(high-entropy alloy，HEA)是近年来广受注意的材料，其是包括至少五种元素，并以每种元素的原子个数百分比(atomic percent)介于5至35％间，在高温下以液相的状态相互均匀混合并冷却后，产生具有高熵和低吉布森Gibbs自由能特性的合金储氢材料，与一般传统合金相较，高熵合金具有简单的微结构、容易形成纳米级制备物、热稳定性高、具有良好的延展或压缩特性、硬度高、具有卓越的电性和磁性的优点，但形成此种合金材料时所选用的金属元素、添加金属元素的比例等皆会对合金的储氢或吸氢/放氢效能产生重大影响，因此必需寻找合金应用时的最佳化条件。

发明内容

为了达到储氢合金最佳化的储氢性能及强化其应用，本发明提供了一种利用真空电弧熔炼(vacuum arc remelting，VAM)方式制备而成的铸造态高熵合金，必要时也可进行热处理。

本发明的储氢合金具有Co_uFe_vMn_wTi_xV_yZr_z的分子式通式，其中0.5≤u≤2.0，0.5≤v≤2.5，0.5≤w≤2.0，0.5≤x≤2.5，0.4≤y≤3.0及0.4≤z≤3.0，以原子个数百分比表示，Co成分在9.0到28.6之间，其余成分在14.3到18.2之间；或Fe成分在9.0到33.3之间，其余成分在13.3到18.2之间；或Mn成分在9.0到28.6之间，其余成分在14.3到18.2之间；或Ti成分在9.0到33.3之间，其余成分在13.3到18.2之间；或V成分在9.0到33.3之间，其余成分在13.3到18.2之间；或Zr成分在7.5到37.5之间，其余成分在12.5到18.5之间；因此，该储氢合金是一种非等摩尔的合金材料，具有单一C14 Laves相的结构，且结构稳定，可在常温常压的工作环境下，有吸氢和放氢的能力，及高的“表示储氢量”的“氢原子对合金原子总数重量百分比比值(H/M值)”，这里，氢原子重量与合金原子总重量的百分比比值(H/M值)表示储氢量。

本发明的储氢合金可以广泛应用于氢储存、热储存、热泵浦、氢纯化和同位素分离，以及用于二次电池和燃料电池等领域中。

附图说明

图1是本发明的储氢合金的所有合金成分分布范围示意图；

图2A是本发明含有不同钛含量的储氢合金在进行压力成分等温曲线测试前的X光绕射图谱；

图2B是本发明含有不同钛含量的储氢合金在进行压力成分等温曲线测试后的X光绕射图谱；

图3是本发明的储氢合金在不同温度下，不同钛含量的储氢合金吸氢能力的关系图；

图4A是本发明含有不同钛含量的储氢合金在25℃时的压力成分等温曲线图；

图4B是本发明含有不同钛含量的储氢合金在80℃时的压力成分等温曲线图；

图5A是本发明含有不同钒含量的储氢合金在进行压力成分等温曲线测试前的X光绕射图谱；

图5B是本发明含有不同钒含量的储氢合金在进行压力成分等温曲线测试后的X光绕射图谱；

图6是本发明的储氢合金在不同温度下，不同钒含量的储氢合金吸氢能力的关系图；

图7A是本发明含有不同钒含量的储氢合金在进行压力成分等温曲线测试前的X光绕射图谱；