[发明专利]加氢站用固态储氢材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种加氢站用固态储氢材料及其制备方法与在静态氢压缩的加氢站中的应用。该加氢站用固态储氢材料为具有稳定C14 Laves相的TiCr基高熵金属间化合物，其化学通式为Ti_1‑xZr_xCr_2‑xMn_xFe_x，其中，0.1≤x0.2。所述制备方法包括：制备Ti_1‑xZr_xCr_2‑xMn_xFe_x高熵金属间化合物铸锭，室温吸氢活化即可得到吸氢态粉末。

技术领域

本发明涉及固态储氢领域，特别涉及高安全低压固态储氢车载燃料电池的氢源装置与氢气加注。

背景技术

氢能的开发利用可有效缓解化石能源短缺和环境污染问题。氢燃料电池汽车的发展离不开加氢站基础配套设施的建设。加氢站中氢气的来源主要是通过长管拖车、液氢槽车或者氢气管道由制氢厂运输至加氢站，由氢气压缩机压缩并输送入高压储氢瓶内存储，最终通过氢气加气机加注到氢能源燃料电池汽车中使用。根据供氢压力等级不同，高压气态加氢站分为35MPa和70MPa两种压力供氢。用35MPa压力供氢时，氢气压缩机的工作压力为45MPa；用70MPa压力供氢时，氢气压缩机的工作压力为98MPa。目前加氢站受现有压缩机和储氢瓶技术发展的限制，大部分采用35MPa氢气压力。利用金属氢化物储氢是一种安全且具有非常高比容积储氢密度的途径，在二次能源领域具有不可替代的作用，特别是在车载燃料电池应用中具有无可比拟的优势。近年来，将金属氢化物固态储氢作为与高压气态储氢相对应的另一种加氢方式，具有独特的安全、高效优势，已成为加氢站用储氢系统的一个重要研究方向。其中，AB₂型的钛铬基储氢合金因具有较高的放氢坪台压力和较高的储氢容量，被视为最有应用前景的固态高压供氢系统用储氢材料(Park J.；Jang H.；Sang-CheolHan S.et al.The thermodynamic properties of Ti–Zr–Cr–Mn Laves phasealloys.Journal of Alloys and Compounds,2001,325(1-2):293-298)。为进一步提高加氢站和燃料电池汽车的安全性，并有效降低加氢成本，新近，国内成功研制出国内首台低压固态储氢燃料电池公交车，对比高压气态储氢方式，该固态储氢燃料电池汽车具有：工作压力低(实际运行压力为1-5MPa，加氢压力为10MPa)，整体安全性高，加氢站设备投入低，占地面积小等突出优势。以Ti_0.5V_0.5Mn合金为例，该样品主要由C14 Laves相和BCC相所组成，一般其在室温下的吸氢和放氢平衡压力分别介于0.6-1.0MPa和0.2-0.4MPa之间。图1为Ti_0.5V_0.5Mn合金在260K时的吸放氢PCT曲线，样品的PCT曲线比较倾斜，且平台有效容量区域较小，左侧区域比右侧区域更为倾斜；在35MPa氢压下，该合金的有效吸氢量约为2.0wt.％。当放氢压力降至0.3～0.6MPa时，合金的有效放氢量有所减小(Shibuya,M.；Nakamura,J.；Enoki,H.et al.High-pressure hydrogenation properties of Ti–V–Mn alloy forhybrid hydrogen storage vessel.Journal of Alloys and Compounds 2009,475(1):543-545)。上述合金的有效储氢量可接近Ti_0.5V_0.5Mn合金的理论容量，但其仍存在放氢平衡分解压过低、吸放氢压力滞后过大、有效储氢量偏小等不足之处，无法在温和条件下实现对固态储氢燃料电池汽车进行10MPa(100bar)氢压下的有效加氢。

发明内容