【摘 要】
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高安全性固态储氢材料及技术被认为是氢能经济、高效发展的关键环节之一。尽管已有的固态储氢材料种类繁多,但目前固态储氢材料的应用及研究仍以储氢合金为主,主要包括稀土系、钛铁系、固溶体合金以及镁基合金等。至今,上述合金体系或存在储氢容量偏低或放氢条件苛刻或循环寿命差等问题,限制了其规模开发应用。由于储氢材料在吸氢时会放出热量,而放氢时则需要从外部吸收热量,因此固态储氢系统的设计是一个较为繁复的工作。加之
【基金项目】
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中国科学院科技服务网络计划（STS）; 中国科学院青年创新促进会; 吉林省科技厅重点研发计划
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高安全性固态储氢材料及技术被认为是氢能经济、高效发展的关键环节之一。尽管已有的固态储氢材料种类繁多,但目前固态储氢材料的应用及研究仍以储氢合金为主,主要包括稀土系、钛铁系、固溶体合金以及镁基合金等。至今,上述合金体系或存在储氢容量偏低或放氢条件苛刻或循环寿命差等问题,限制了其规模开发应用。由于储氢材料在吸氢时会放出热量,而放氢时则需要从外部吸收热量,因此固态储氢系统的设计是一个较为繁复的工作。加之各储氢材料在性能方面各有侧重,而且对储氢条件要求差异较大,难以满足所有条件的设计需求。本工作的目的是:面向氢能存储的重大需求,突破固态储氢材料在氢气储运过程中的瓶颈问题,开展先进适用的储氢材料及系统开发并探索其实用化。主要研究内容及结果如下:1.通过掺杂少量元素Y,研究Ti-V-Mn-Y储氢合金的物相组成及结构、合金的活化和动力学以及不同温度下的储氢特性。研究结果表明,含Y合金均由BCC主相、密排六方结构的C14-Laves相和Y金属相构成。Y的掺杂改善了合金活化性能,其中Ti0.9V1.1Mn0.9Y0.1合金的最大吸氢量为3.54 wt.%,在473 K、0.1 MPa截止压力下的有效氢容量为3.05 wt.%。2.研究了 Y、Cr共掺杂Ti-Y-V-Mn-Cr储氢合金,发现Cr元素的引入可以提高Ti-V-Mn-Y合金BCC相的丰度,增大储氢容量。其中Ti0.9Y0.1V1.1Mn0.8Cr0.1合金的最大吸氢量可达到3.71 wt.%,在423 K、0.1 MPa以上的有效氢容量达到2.53 wt.%。Y和Cr两种元素掺杂对于Ti-V-Mn系固溶体合金的储氢性能起到了很好的协同改善作用。3.采用廉价V-Fe中间合金为原料,开展Ti-V-Fe-Mn-Y固溶体储氢合金低成本批量制备技术研究及储氢性能测试。合金组织分析表明,稀土元素Y的添加可降低V-Fe合金中杂质带来的不利影响。V-Fe合金替代V后,固溶体合金的吸氢容量虽略有下降但可大幅降低固溶体合金的成本,制备的Ti-V-Fe-Mn-Y系储氢合金具有高的性价比。4.设计并研制了内列管式和分层式两种内件结构的储氢容器,单罐储氢量为0.59kg H2。在2MPa供氢条件下,容器吸氢总量最高可达到2.61 wt.%,吸氢达到平衡的时间可控制在10 min以内。
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