[发明专利]一种常温活化型稀土储氢合金及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种常温活化型稀土储氢合金及其制备方法与应用，所述常温活化型稀土储氢合金的组成通式为：Ti_zZr_1‑zCr_xMn_2‑xM_y，其中0.6≤x≤1.5，0.01≤y≤0.05且0.5≤z≤0.8；M包括稀土元素；其制备方法为：按所述常温活化型稀土储氢合金的组成通式中的元素比例混合原料，依次进行熔炼、退火和活化得到所述常温活化型稀土储氢合金。本发明通过简易的制备方法得到了一种常温活化型稀土储氢合金，其可以实现在≤25℃条件下的活化，且具有成本低、吸放氢量高、易活化和循环稳定性良好的有益效果。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种储氢合金，尤其涉及一种常温活化型稀土储氢合金及其制备与应用。

背景技术

由于氢气的燃烧生成水，不会污染环境，且燃烧的热量约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，所以氢能是代替传统化石燃料的可持续清洁能源之一。氢气高效和安全的储氢是氢能使用的关键。目前，储存氢气的方式有很多，主要包括高压气态储氢、低温液态储氢以及固态储氢三类，但这些储氢方法中存在成本较高、风险系数高、安全性能差及不适合大规模使用等问题。

某些金属可以与氢气反应形成金属氢化物，同时伴有放热现象；通过加热，储存在金属中的氢气能够释放出来，同时伴有吸热现象，所以目前储氢合金被大量研究。储氢合金一般分为AB₅型、AB₂型、AB型，A₂B型和钒基固溶体型。其中以LaNi₅为代表的AB₅型，储氢量低，仅为1.38wt.％；AB₂与AB型合金储氢均在2.0wt.％左右，成本虽低但存在活化困难的问题；以Mg₂Ni为代表的A₂B储氢量虽高，但放氢温度高达200℃以上，不适合日常使用；钒基固溶体储氢量虽高，但成分昂贵且不适合大批量生产。

目前，已经有多种解决方法来克服储氢合金活化困难的问题。例如，化学表面改性、球磨合金以及通过高压扭转进行塑形加工等手段。其中，向AB₂合金中添加稀土元素，被认为是解决活化困难问题的最经济有效的方案。

CN 107574363A公开了一种铁磁性的Fe-Dy储氢材料及其制备方法，由Fe和稀土Dy为原料，经电弧熔炼和热处理制得化学式为Fe₁₇Dy₂的储氢材料，同时其是具有Th₂Ni₁₇型六方晶体结构的铁磁性材料，饱和磁化强度为62-100Am²/kg，居里温度为90-100℃，储氢性能为0.1-0.2wt.％。其公开的Fe-Dy储氢材料制备过程复杂，储氢量低，吸放氢温度较高，活化困难且循环稳定性能有待改善。

CN 107338385A公开了一种体心立方结构为主的储氢高熵合金及其制备方法，其组成主要包括Ti、Zr、Nb、Hf和Co等，制备方法是采用非自耗真空电弧炉熔炼制备合金；采用真空吸铸，将合金吸铸到水冷铜模中，获得高熵合金棒。其公开的储氢高熵合金吸放氢温度过高，不适合日常使用，活化性能和循环性能有待改善。

CN 111893361A公开了一种AB₂型储氢合金及制备方法，该合金包括广义的二元AB₂型储氢合金系，其中A元素主要包括Mg、Ca、Ti、Y和La等，B元素包括V、Cr、Cu、Co、Ni和Fe等，制备方法是将配好的原料放入真空感应炉坩塌中烘烤除气，熔炼至合金完全熔化后，精炼，冷却后得到合金铸锭；合金铸锭翻面，反复熔炼2～3次；将所得合金铸锭置于真空或充有氩气气氛的容器中，进行退火处理，获得退火合金铸锭。其公开的合金在较高吸放氢容量下，能减少氢致非晶化，使电化学性能得到较大提升。虽然储氢循环性能有所改善，但是其活化处理条件苛刻且所需活化温度高，不适应大批量生产。