[发明专利]一种超高压金属氢化物氢压缩材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于氢压缩机的材料，尤其涉及一种超高压金属氢化物氢压缩材料，属于金属氢化物氢压缩技术领域。

背景技术

氢是一种理想的洁净燃料和未来的重要二次能源。随着以氢为燃料的燃料电池以及电动汽车的迅速发展，车载储氢技术及氢能基础设施的研究与建设已引起各个国家的普遍关注，但是传统的机械式氢压缩机存在体积大、质量重、电耗高、水耗多、能量效率低等缺点，难于满足高效车载储氢技术的要求，因此，金属氢化物氢压缩技术替代传统机械式氢压缩机为外界提供高压氢气已成为重要趋势。金属氢化物在低温时吸氢压力低、高温时放氢压力高，利用金属氢化物的这一特点对氢气进行增压来替代机械式氢压缩机，可以达到非常高的目标氢压，这种技术被称为金属氢化物氢压缩技术。

金属氢化物氢压缩技术是一种化学热压缩，利用金属氢化物的吸放氢压力随温度的变化规律遵循Van'tHoff方程这一特性来实现高压氢气的制取。金属氢化物氢压缩技术的核心是氢压缩材料的研制。对于氢压缩用金属氢化物材料而言，一般要满足下列要求：(1)大的储氢容量，即合金在所要求的温度下具有高的吸放氢能力；(2)平坦的平台压力，保证在给定的操作温度下有足够的放氢压力和较大的压缩氢量；(3)小的压力滞后损失，在给定操作温度下可获得高压缩比；(4)大的氢化物生成热、高的压缩比，在一定操作温度下可在较低压力下吸氢而获得较高的释氢压力，或者在指定的释氢压力条件下可降低释氢温度；(5)良好的动力学性能，以提高供应氢的流量和流速。(6)长的循环寿命，良好的抗中毒和抗老化性能。为此，各国的科学家们进行了广泛的研究工作，寻求具有优异性能的金属氢化物氢压缩材料。目前文献和专利报道的金属氢化物氢压缩材料主要包括AB₅型稀土系和Ti-Mn系AB₂型Laves相合金，分别作为单级或配合作为双级氢压缩材料在氢压缩机中进行应用。但是这两类材料在水温(＜100℃)下的产品氢压较低，如AB₅型氢压缩材料水温下的产品氢压一般不超过10MPa，目前报道的Ti-Mn系AB₂型氢压缩材料在100℃下的放氢压力最高为45MPa。而目前车载储氢系统的压力目标已由35MPa向70MPa发展，45MPa的供氢压力显然已无法满足要求，因此，需开发具有更高放氢压力的金属氢化物氢压缩材料。ZrFe₂合金氢化物在45℃时的放氢压力即可达到65MPa，但其吸放氢滞后较大，并且活化困难，可以通过对其进行合金化的方法，来改善材料的综合氢压缩性能。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种超高压金属氢化物氢压缩材料，该材料易于活化，吸放氢滞后小，合金动力学性能好。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超高压金属氢化物氢压缩材料，该材料为储氢合金，其化学组成为Zr_xTi_yFe_zM_wMm_v，其中M为Ni、V、Mn、Cu、Co或它们的组合；x、y、z、w分别表示Zr、Ti、Fe和M的原子比，v为富铈稀土Mm在合金中的摩尔含量，x为0.5-1.0，y为0-0.5，z为1.5-2.5，w为0-0.5，v为0-0.05。

其中，优选地，1.9≤x+y≤2.1；更优选地，x+y＝1。

其中，优选地，1.8≤z+w≤2.2；更优选地，z+w＝2.05。

其中，所述富铈稀土Mm中各组分及含量为：Ce45％-54％、La17％-32％、Pr4％-8％、Nd10％-18％，其他稀土元素1％-6％。

本发明中，所述储氢合金为单一的C15型面心立方Laves相结构或以C15型面心立方Laves相为主、掺杂少量C14型六方结构Laves相的复合相结构。

本发明的超高压金属氢化物氢压缩材料可以通过以下方法制备得到：将纯度大于99wt％的金属原料采用高频悬浮熔炼或中频感应熔炼得到合金铸锭，随后将得到的合金铸锭在真空或惰性气体保护下，在800℃-1000℃下退火24-72h。

本发明的优点在于：

(1)本发明为多元合金化的金属氢化物氢压缩材料，可以根据实际需要对合金进行多元取代，从而获得不同的目标放氢压力。

(2)本发明的金属氢化物氢压缩材料易于活化，吸放氢滞后小，合金动力学性能好，可在100s内吸氢饱和，并且合金抗粉化性能良好。