Re–TiFe系合金的储氢性能研究

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TiFe系贮氢合金以其价格便宜,资源丰富,吸氢容量大等优点被人们所关注,同时它被认为在燃料电池方面具有很大应用前景的贮氢材料。但其活化性能差和易毒化的特性影响了其进一步的应用和发展。本文以TiFe合金为研究对象,选取了Mn作为替代元素,在此基础上增加 Ti的化学计量比为1.1,并且用不同含量稀土元素 La替代合金中的金属Ti,最终将合金成分设计为Ti1.1- xLaxFe0.8Mn0.2(x=0,0.01,0.03,0.06,0.09)。研究了铸态、快淬态、球磨态合金的储氢性能。分别用XRD、TEM、SEM等研究了合金相组成、微观结构。用半自动PCT测试仪测试了合金的吸氢动力学性能和PCT曲线,并对合金的热力学焓变和熵变值进行了拟合计算。通过分析优化了合金成分设计和合金的制备处理工艺。  本文采用感应熔炼法制备了Ti1.1-xLaxFe0.8Mn0.2(x=0,0.01,0.03,0.06,0.09)贮氢合金,在熔炼的过程中,为了防止在熔炼过程中稀土元素的氧化和挥发,充入0.04MPa氩气作为保护气体。将所得的铸态合金机械粉碎后测试表明:合金具有良好的活化性能,经完全活化后的合金在3MPa,50℃的条件下,吸氢容量分别可以达到1.621、1.685、1.527、1.54、1.349wt.%。  铸态、快淬态、球磨态合金通过X射线电子衍射(XRD)分析表明:铸态、快淬态和球磨态合金的相组成都是由TiFe单相组成的,研究发现不同的处理工艺技术并没有改变合金的相组成。对饱和吸氢后的合金样品XRD分析表明含有两种氢化物,分别为TiFeH和TiFeH2,球磨态合金饱和吸氢后用XRD分析后表明:球磨态合金吸氢后的氢化物是由TiFeH和TiFeH0.06组成的,同时还有少量的TiH。  铸态合金的活化性能优异,随着La替代量的增加,合金的活化性能提高,铸态合金经过2~3次活化吸氢就可以完全活化。而快淬态合金的活化困难,通过对快淬态合金进行退火的热处理工艺,合金的活化性能得到了明显的改善。经快淬处理后,合金的吸氢量有了较大的提高,几乎接近TiFe合金的理论吸氢量,具有很高的应用价值。  通过综合对比分析研究铸态、快淬态、球磨态合金结果表明:铸态和球磨态合金具有良好的活化性能,合金经快淬的处理后,合金的吸氢容量不仅有进一步的提高,同时合金在室温下即可快速的吸放氢。其中La1合金吸氢量高达1.81wt.%左右。研究还进步一步表明La的替代量在0.01–0.03时为最佳,此时合金的综合性能较好。
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