Ti-Cr-Mn-Fe基高坪臺壓儲氫合金的微觀結(jié)構(gòu)及儲氫性能研究.pdf

1、近年來，將金屬氫化物固態(tài)儲氫方法與高壓氣態(tài)儲氫方法兩者有機耦合的固態(tài)-高壓復(fù)合儲氫技術(shù)因具有獨特的儲能優(yōu)勢，已成為加氫站用高效儲氫系統(tǒng)的一個重要研究發(fā)展方向。其中，AB2型鈦鉻基儲氫合金因具有較高的放氫坪臺壓力和較高的儲氫容量，被視為最有應(yīng)用前景的固態(tài)-高壓復(fù)合儲氫系統(tǒng)用儲氫材料。本文在綜述國內(nèi)外AB2型Ti-Cr基儲氫合金研究進展的基礎(chǔ)上，選取了具有高放氫坪臺壓力的Ti-Cr-Mn-Fe基儲氫合金作為研究對象，系統(tǒng)研究了四個系列Ti-

2、Cr-Mn-Fe基多元儲氫合金的微觀結(jié)構(gòu)和儲氫性能，成功開發(fā)出能應(yīng)用于固態(tài)-高壓復(fù)合儲氫系統(tǒng)的高放氫坪臺壓儲氫合金。
　　首先研究了合金中Fe部分替代Cr對TiCr1.9-xMn0.1Fex(x=0.4-0.6)系合金微觀結(jié)構(gòu)和儲氫性能的影響。研究結(jié)果表明，該系列所有合金均由單一的C14型Laves相組成，合金的晶胞體積隨著Fe含量的增多而逐漸減小。增加Fe的替代量使得其吸、放氫坪臺壓力逐漸升高，其中318 K放氫坪臺壓力由x=0

3、.4時的21.06MPa逐漸升高到x=0.6時的40.77MPa，但儲氫容量逐漸降低。合金的放氫反應(yīng)熱焓變ΔHd均處在14.18-18.54kJ/molH2之間。
　　系統(tǒng)研究了合金中Mn部分替代Cr對TiCr1.4-xMnxFe0.6(x=0.1-0.3)系合金微觀結(jié)構(gòu)和儲氫性能的影響。研究結(jié)果表明，該系列所有合金均由單一的C14型Laves相組成，合金的晶胞體積隨著Mn含量的增多而逐漸減小。隨著Mn替代量的增多，合金的吸、放氫

4、坪臺壓力逐漸升高，其中318K放氫坪臺壓力由40.77MPa(x=0.1)逐漸升高到59.08MPa(x=0.3)，但是儲氫容量逐漸降低。合金的放氫焓變ΔHd均在14.25 kJ/mol H2左右。
　　為了獲得兼具高放氫坪臺壓力和高儲氫容量的儲氫合金，進一步采取合金A側(cè)Ti過計量的方法，系統(tǒng)研究了Ti1+xCr1.2Mn0.2Fe0.6(x=0-0.1)系合金和Ti1+yCr1.1Mn0.3Fe0.6(y=0-0.04)系合金的

5、微觀結(jié)構(gòu)及儲氫性能。研究結(jié)果表明，所有合金均由單一的C14 Laves相組成，且合金的晶胞體積隨Ti過計量的增多而增大。A側(cè)Ti元素過計量能明顯改善合金的儲氫容量，其中Ti1+xCr1.2Mn0.2Fe0.6(x=0-0.1)系合金的最大儲氫量從1.39 wt.％(x=0)逐漸提高至1.72 wt.％(x=0.1)，Ti1+yCr1.1Mn0.3Fe0.6(y=0-0.04)系合金的最大儲氫容量從1.26 wt.％(y=0)逐漸提高至1

6、.80 wt.％(y=0.1);但是Ti元素過計量會使合金的吸、放氫坪臺壓力降低。兩個系列合金的放氫反應(yīng)焓變ΔHd均在13.70-17.46kJ/mol H2之間。
　　在本文所研究的合金中，Ti1.02Cr1.1Mn0.3Fe0.6合金具有最佳的綜合儲氫性能，它在318K條件下的放氫坪臺壓力為41.28MPa，最大儲氫容量為1.78 wt.％，放氫反應(yīng)熱焓變(ΔHd)為16.24 kJ/mol H2。目前已被應(yīng)用于加氫站固態(tài)-高