[发明专利]一种非化学计量锆-铁基高压储氢合金及其制备方法

说明书

本发明属于储氢合金材料领域，公开了一种非化学计量锆‑铁基高压储氢合金及其制备方法。所述合金的化学通式为Zr_1.05Fe_2‑xCr_x，其中，0.1≤x≤0.25。所述制备方法为：按照合金化学式中的化学计量比称取原料金属块，在温度高于1800℃的条件下熔炼，冷却后得到合金铸锭；将合金铸锭破碎成粉末状态，得到所述锆‑铁基高压储氢合金。本发明的非化学计量锆‑铁基合金可以通过改变铬的含量调节合金的吸/放氢平台压力，调控合金的热力学性能。所得合金结构稳定，经过多次吸/放氢循环后晶体结构保持不变，未见材料的歧化、分解现象。

技术领域

本发明属于储氢合金材料领域，具体涉及一种非化学计量锆-铁基高压储氢合金及其制备方法。

背景技术

氢具有来源广、无污染、可再生、热值高等特点，加快发展氢能经济，实现氢能的规模化应用对解决能源危机、环境问题和实现可持续发展具有重大意义。但氢气的存储运输成为制约氢能普及应用的技术因素。2015年，日本丰田公司推出Mirai氢燃料电池汽车标志着氢能商业化、家庭化应用的进一步发展。Mirai氢燃料电池汽车采用高压气态的储氢方式，全车配有两个压力高达70MPa的高压储氢罐，携带5kg氢气，质量储氢密度为5.7wt％，但体积储氢密度低，仅为40.8kg·m^-3，储氢罐体积大，空间占用率高，不利于车体结构的优化设计，且70MPa超高压带来的安全问题也不容忽视。因此，如何提高储氢体系的体积储氢密度，减小储氢罐体积，降低充氢压力成为亟待解决的问题。

研究发现，固态储氢安全性高，氢以原子或离子的形态存储在氢化物中，其体积储氢密度远高于高压气态储氢。因此，将高压气态储氢与固态储氢相结合成为近年来储氢技术发展的一个重要方向。但与高压气态储氢系统复合，对固态储氢材料的储氢性能有一定要求，具体为在储氢系统的工作温度、压力范围内储氢材料能够迅速、充分地吸/放氢；循环性能稳定；储氢量高；吸/放氢焓变绝对值小于20kJ·mol^-1H₂，称此类固态储氢材料为高压储氢材料。如今，镁基储氢材料、BCC固溶体储氢材料等脱氢温度过高；配位氢化物脱氢温度高，循环稳定性差。因此皆不能满足上述性能要求。锆-铁基储氢合金在低温高压下仍可较快地吸/放氢，可与高压气态储氢系统复合，是一种理想的储氢介质。其吸/放氢平台高的特点使其在氢泵、固定加氢站等方面也具有很大优势。然而该类材料在20℃时吸氢平台压为69.9MPa，脱氢平台压为32.9MPa，过高的平台压力超出许多条件下的应用压力范围，使其应用受到限制。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种非化学计量锆-铁基高压储氢合金。该合金可逆储氢量高，吸/放氢温度低，循环寿命长，吸/放氢平台压易于调节，热力学性能可控。

本发明的另一目的在于提供上述非化学计量锆-铁基高压储氢合金的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种非化学计量锆-铁基高压储氢合金，其化学通式为Zr_1.05Fe_2-xCr_x，其中，0.1≤x≤0.25。

上述非化学计量锆-铁基高压储氢合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照合金化学式中的化学计量比称取原料金属块，在温度高于1800℃的条件下熔炼，冷却后得到合金铸锭；

(2)将合金铸锭破碎成粉末状态，得到所述锆-铁基高压储氢合金。

进一步地，步骤(1)中所述的原料金属块是指纯度大于99.4％的锆金属块，纯度大于99.9％的铁金属块和纯度大于99.9％的铬金属块。

进一步地，步骤(1)中所述在温度高于1800℃的条件下熔炼是指在温度为1800～2000℃下熔炼2～3min。