專利名稱：一種氫壓縮機材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于氫壓縮機材料一貯氫合金。
背景技術：
為了滿足清潔環保綠色能源需求，發展適應不同輸出的氫壓縮機已是勢在必行。以金屬氫化物為工作介質的氫壓縮機符合這種新能源發展趨勢，為此，以金屬氫化物為工作介質的氫壓縮機將有廣闊的發展前景。
我國已制定了相關的規劃，擬在2020年實現燃料電池動力車占10%的目標，這意味著，高壓氫供應站的建設必須同步進行。金屬氫化物壓縮機就是以儲氫材料作為工作介質的氫供應站。
金屬氫化物氫壓縮機的金屬氫化物是儲氫材料。儲氫材料應具有像海綿吸收水那樣能可逆地吸放大量氫氣的特性。氫能與許多金屬合金或金屬化合物反應生成金屬氫化物，儲氫材料大都屬金屬氫化合物，其特征是由一種吸氫元素或與氫有很強親和力的元素(A)和另一種吸氫量小或根本不吸氫的元素(B)共同組成。菲利普公司就采用金屬氫化物LaNi5制造出了氫壓縮機，通過15 160C的冷熱循環，使氫氣壓力由0.4MPa升到4.5MPa。國內外研究和采用的儲氫材料較廣泛，LaNi5系合金是儲氫材料的典型代表之一。就LaNi5本身而言其最大優點是活化容易，平衡壓力適中、平坦，吸放氫平衡壓力差小以及良好的動力學和抗雜質氣體中毒特性。LaNi5吸氫形成LaNi5H6.5,儲氫量約1.4wt%， 25X:的分解壓力(放氫平衡壓力)約0.2MPa，分解熱-30.1kJ/molH2，非常適合于環境溫度下操作。為了滿足各種氫化物工程技術對材料提出的要求，在LaNi5的基礎上通過合金元素對La或Ni的部分替代發展T元或更多組元的儲氫合金，如LaNi5_xMx (M:Al、 Mn、 Cr、 Fe、 Co、 Cu、 Ag、 Pd、 Pt， x=0.1-2.5)系和La^RexNis (Re:Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Y、 Gd、 Th、 Zr等，x=0.25-1.0)系。
發明內容
本發明的目的是提供一種氫壓縮機材料一C:氫合金。本發明提供的氫壓縮機材料，該材料為貯氫合金，其組成為
LaaYbNicMd，其中M為Al、 Mn、 Cr、 Fe、 Co、 Cu、 Ag、 Pd、 Pt中的至少一種，0.1《a《0.4， 0.6《b《0.8, a+b=l, 4.8《c《4.9， c+d=5。
本發明提供的氫壓縮機材料，該材料為貯氫合金，其組成為LaaYbNicMd，其中M為A1、 Mn中的至少一種，0.1《a《0.4， 0.6《b《0.8，a+b=l， 4.8《e《4.9， c+d=5。
本發明提供的氫壓縮機材料，該材料為貯氫合金，其組成為Lao.3Y0.7Ni4.8Mno.2°
本發明提供的氫壓縮機材料，該材料為貯氫合金，其組成為Lao.3Y0.7Ni4.8Al0.2。
本發明的合金是采用非自耗電弧爐冶煉制備的；按單質元素進行配料，單質元素的純度大于99%。
為了研究合金的儲氫性能，本發明測定Lao.3Yo.7NU.8Mno.2 、Lao.3Yo.7Ni4.sAlo.2合金的吸、放氫PCT曲線和吸、放氫動力學曲線和Van'tHoff曲線。為了便于實際應用，選擇了不同的溫度進行測定。
同現有技術比較，本發明具有以下突出優點(1) 該合金保持了LaNi5合金的一些優點，容易制備和活化；
(2) 該合金的平衡氫壓由于Y合金元素的引入而有所提高，有效儲氫 量就有所增加；
(3) 該合金降低了滯后因子，改善了平臺斜率；
(4 )該合金提高了動力學性能，吸放氫過程都能在較短的時間內完成;
(5) 該合金都有較好的抗粉化性能；
(6) 該合金只需要95'C的熱源就可以獲得高壓氫，增壓效果顯著，特 別是該合金的使用條件是較適于應用的一種氫壓縮機的儲氫材料。
圖1 Lao.3Yo.7Ni4.gMno.2合金的吸放氫PCT曲線；
圖2 Lao.3Yo.7Ni4.gMno.2合金的吸放氫動力學曲線；
圖3 Lao.3Yo.7Ni4.gMno.2合金的Van，t Hoff曲線；
圖4 Lao.3Yo.7Ni4.8Mno.2合金吸放氫循環20次后的掃描電鏡照片；
圖5 Lao.3Yo.7Ni4.8Alo.2合金的吸放氫PCT曲線； 圖6 Lao.3Yo.7Ni4.8Al().2合金的吸放氫動力學曲線；
圖7 La^Yo^NksAl^合金的Van't Hoff曲線； 圖8 Lao.3Yo.7Ni4.8Al().2合金吸放氫循環20次后的掃描電鏡照片。
具體實施例方式
實驗原理
1、 P-C-T曲線的測試原理當測定P-C-T曲線時，反應室保持恒定溫 度，然后打開相關閥門使氫氣由氫氣瓶充入反應室，等待反應平衡。通過 數據采集系統采集平衡時的反應室溫度、室溫以及每一步驟的壓力，由氣體狀態方程計算出吸氫量，然后以橫軸為吸氫量，縱軸為壓力建立坐標系，
做出相應點。反復進行上述過程，然后連接各點可獲得吸氫P-C-T曲線。 放氫P-C-T曲線同理可作。
2、動力學曲線的測試原理通過數據采集系統采集與時間對應的反應 室的壓力值及溫度值，由氣體狀態方程可計算出相應時間點的吸/放氫量。 以橫軸為時間，縱軸為吸/放百分含量建立坐標系，即獲得吸/放氫動力學曲 線。
實施例l測試貯氫合金La(uY().7Ni4.8Mno.2
將上述原料按設計成份按比例稱量相應成分的金屬，將按比例配制的 金屬置于水冷銅模中，在氬氣保護下，在非自耗電弧爐中熔煉，完全熔煉 3~4次同時進行電磁攪拌，以確保合金的均勻性。合金的制備包括退火熱 處理的過程，其條件為將樣品裝入充滿氬氣的石英管中在IIOOK下退火10h 之后迅速淬入水中。
合金的貯氫性能測試在PCT測試儀上進行。取lg左右的樣品機械粉 碎至50目左右，再將樣品裝入反應器中。將反應器在常溫下抽真空半小時 左右，然后通入6MPa壓力使之與樣品反應，反復吸放氫數次以確保充分 活化。
活化之后的樣品在吸放氫設備中進行不同壓力和不同溫度下吸放氫 PCT曲線和動力學性能測試。
測試結果貯氫合金Lao.3Yo.7Ni4.8Mno.2活化條件簡單、容易，抗粉化 性能良好。在293K時的吸氫平衡壓力為1805.7KPa，放氫平衡壓力為 1125.5KPa (見圖1)，滯后因子很小，吸放氫速度很快；在293K下達到吸氫容量的90%所需要的時間為175s,在333K下達到放氫容量的90%所需 要的時間為33s (見圖2);根據Van，tHoff曲線(見圖3)得出，該合金在 368K下放氫可得到超過10MPa的高壓氫，也就是說只需要95'C的熱源就 可以獲得高壓氫，增壓效果顯著；從掃描電鏡照片(見圖4)中得出，該合 金吸放氫循環20次以后仍能保持較大的顆粒。 實施例2測試貯氫合金Lao.3Yo.7Ni4.8Ma2
將上述原料按設計成份按比例稱量相應成分的金屬，將按比例配制的 金屬置于水冷銅模中，在氬氣保護下，在非自耗電弧爐中熔煉，完全熔煉 三到四次同時進行電磁攪拌，以確保合金的均勻性。合金的制備包括退火 熱處理的過程，其條件為將樣品裝入充滿氬氣的石英管中在1100K下退火 10h之后迅速淬入水中。
合金的貯氫性能測試在PCT測試儀上進行。取lg左右的樣品機械粉 碎至50目左右，再將樣品裝入反應器中。將反應器在常溫下抽真空半小時 左右，然后通入6MPa壓力使之與樣品反應，反復吸放氫數次以確保充分 活化。
活化之后的樣品在吸放氫設備中進行不同壓力和不同溫度下吸放氫 PCT曲線和動力學性能測試。
測試結果貯氫合金Lao.3Yo.7Ni4.8Al().2活化條件簡單、容易，抗粉化性 能良好。在293K時的吸氫平衡壓力為1903.8KPa，放氫平衡壓力為1189KPa (見圖5),滯后因子很小，吸放氫速度很快；在293K下達到吸氫容量的 90%所需要的時間為340s，在333K下達到放氫容量的90%所需要的時間 為40s (見圖6);根據Van，tHoff曲線(見圖7)得出，該合金在368K下放氫可得到超過10MPa的高壓氫，也就是說只需要95。C的熱源就可以獲得 高壓氫，增壓效果顯著；從掃描電鏡照片(見圖8)中得出，該合金吸放氫 循環20次以后仍能保持較大的顆粒。
權利要求
1、一種氫壓縮機材料，其特征在于該材料為貯氫合金，其組成為LaaYbNicMd，其中M為Al、Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、Pd、Pt中的至少一種，0.1≤a≤0.4，0.6≤b≤0.8，a+b＝1，4.8≤c≤4.9，c+d＝5。
2、 按照權利要求1所述氫壓縮機材料，其特征在于該材料為貯氫合 金，其組成為LaaYbNUVId，其中M為Al、 Mn中的至少一種，0.1《a《0.4， 0.6《b《0.8， a+b=l， 4.8《c《4.9， c+d=5。
3、 按照權利要求1所述氫壓縮機材料，其特征在于該材料為貯氫合金，其組成為Lao.3Ya7Ni4.8Mno.2。
4、 按照權利要求1所述氫壓縮機材料，其特征在于該材料為貯氫合 金，其組成為Lao.3Yo.7Ni4.8Al0.2。
全文摘要
本發明提供了一種氫壓縮機材料，該材料為貯氫合金，其組成為La<sub>a</sub>Y<sub>b</sub>Ni<sub>c</sub>M<sub>d</sub>，其中M為Al、Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、Pd、Pt中的至少一種，0.1≤a≤0.4，0.6≤b≤0.8，a+b＝1，4.8≤c≤4.9，c+d＝5。本發明的合金保持了LaNi<sub>5</sub>合金的一些優點，容易制備和活化；平衡氫壓由于Y合金元素的引入而有所提高，有效儲氫量就有所增加；降低了滯后因子，改善了平臺斜率；提高了動力學性能，吸放氫過程都能在較短的時間內完成；具有較好的抗粉化性能；需要95℃的熱源就可以獲得高壓氫，增壓效果顯著，特別是該合金的使用條件是較適于應用的一種氫壓縮機的儲氫材料。
文檔編號C22C19/03GK101487092SQ200810010109
公開日2009年7月22日 申請日期2008年1月16日 優先權日2008年1月16日
發明者周倩青, 張育森, 李慎蘭, 柯 楊, 陳德敏 申請人:中國科學院金屬研究所