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

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

2、Cr-Mn-Fe基多元儲(chǔ)氫合金的微觀結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)氫性能，成功開發(fā)出能應(yīng)用于固態(tài)-高壓復(fù)合儲(chǔ)氫系統(tǒng)的高放氫坪臺(tái)壓儲(chǔ)氫合金。
　　首先研究了合金中Fe部分替代Cr對(duì)TiCr1.9-xMn0.1Fex(x=0.4-0.6)系合金微觀結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)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(tái)壓力逐漸升高，其中318 K放氫坪臺(tái)壓力由x=0

3、.4時(shí)的21.06MPa逐漸升高到x=0.6時(shí)的40.77MPa，但儲(chǔ)氫容量逐漸降低。合金的放氫反應(yīng)熱焓變?chǔ)d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(duì)TiCr1.4-xMnxFe0.6(x=0.1-0.3)系合金微觀結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)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(tái)壓力逐漸升高，其中318K放氫坪臺(tái)壓力由40.77MPa(x=0.1)逐漸升高到59.08MPa(x=0.3)，但是儲(chǔ)氫容量逐漸降低。合金的放氫焓變?chǔ)d均在14.25 kJ/mol H2左右。
　　為了獲得兼具高放氫坪臺(tái)壓力和高儲(chǔ)氫容量的儲(chǔ)氫合金，進(jìn)一步采取合金A側(cè)Ti過計(jì)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(chǔ)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(jì)量的增多而增大。A側(cè)Ti元素過計(jì)量能明顯改善合金的儲(chǔ)氫容量，其中Ti1+xCr1.2Mn0.2Fe0.6(x=0-0.1)系合金的最大儲(chǔ)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(chǔ)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(jì)量會(huì)使合金的吸、放氫坪臺(tái)壓力降低。兩個(gè)系列合金的放氫反應(yīng)焓變?chǔ)d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(chǔ)氫性能，它在318K條件下的放氫坪臺(tái)壓力為41.28MPa，最大儲(chǔ)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