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儲氫合金分類

時間：2022/11/25

儲氫合金分類
儲氫材料可以分為金屬儲氫材料、非金屬儲氫材料、有機(jī)液體儲氫材料和其他儲氫材料等四類。

金屬氫化物儲氫材料中的氫以原子狀態(tài)儲存于合金中，重新釋放出來時經(jīng)歷擴(kuò)散、相變、化合等過程。這些過程受熱效應(yīng)與速度的制約，不易爆炸，安全性強(qiáng)。根據(jù)所含元素種類的不同，金屬氫化物儲氫材料可分為稀土系(AB₅型)、鋯系(AB₂型)、鐵鈦系(AB 型)、釩基固溶體和鎂系(A₂B 型)五大類。
① AB₅型儲氫合金：該類合金是以 LaNi₅為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一類儲氫合金，其晶體結(jié)構(gòu)屬于六方 CaCu₅型結(jié)構(gòu)。在目前使用的 AB₅型儲氫合金中，A 組分由一種或多種稀土元素組成，B 組分由 Ni 和其它金屬(如 Ni, Co, Mn, Al 等)組成。此類型合金具有活化容易，高倍率放電性能好，p-C-T 平臺平坦、易調(diào)節(jié)，電催化活性好等優(yōu)點(diǎn)，但其放電容量相對較低，合金在循環(huán)過程中容易粉化、氧化，從而降低了合金的循環(huán)壽命?，F(xiàn)在，稀土系(AB₅型)儲氫合金已經(jīng)用于生產(chǎn)鎳氫電池的負(fù)極材料，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)研究向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的轉(zhuǎn)變，但是由于 AB₅型儲氫材料吸氫量小(約 1.4wt%-1.5wt%左右)，循環(huán)穩(wěn)定性差，所以效果并不理想。
② AB₂型儲氫合金：該合金又稱 Laves 相合金，目前研究*多的是以 ZrV₂，ZrCr₂，ZrMn₂
等為代表的鋯基合金，屬于 Laves 相拓?fù)涿芗徒Y(jié)構(gòu)，典型的結(jié)構(gòu)是立方的 C15 型和六方的 C14 型。它儲氫容量大，在電解液中穩(wěn)定性好，循環(huán)壽命長，被認(rèn)為是*有前途的新一代 MH/Ni 電池用負(fù)極材料。但此合金易在表面形成一層致密的具有單斜結(jié)構(gòu)的鋯氧化物薄膜，不易活化，高倍率放電性能極差。采用添加微量稀土，陽極氧化處理和熱堿浸泡處理技術(shù)，可以改善合金微粒表面狀態(tài)，提高電極反應(yīng)性能和活化性能。
③ AB 型儲氫合金：該合金主要以 TiNi 和 FeTi 合金為代表，具有活化后儲氫量大(其中 FeTi 理論值為 1.86wt%)、熱力學(xué)性能好，材料便宜等優(yōu)點(diǎn)。但這種合金因密度大而活化困難(需在 400℃以上高溫和高真空條件下進(jìn)行熱處理)，并易受CO₂、CO、H₂O、Cl₂和 O₂等雜質(zhì)氣體毒化而失去活性。采用與過渡金屬、稀土元素合金化和通過表面處理技術(shù)可改善合金的活化性能和抗毒化性能。
④ A₂B 型儲氫合金：以 Mg₂Ni 為代表的鎂基儲氫合金具有儲氫容量大、價格便宜且資源豐富等特點(diǎn)，多年來一直受到各國的*重視，被認(rèn)為是*有前途的儲氫材料之一。但由于晶態(tài)鎂基合金為中溫型儲氫合金，且吸放氫動力學(xué)性能較差，使其難以得到應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)通過使晶態(tài) Mg-Ni 合金非晶化，利用非晶合金表面的高催化活性，可以顯著改善鎂基合金吸放氫的熱力學(xué)和動力學(xué)性能，使其具備良好的電化學(xué)吸放氫能力。該類合金循環(huán)壽命與實(shí)用化的要求也有較大距離。
幾類金屬氫化物儲氫合金的基本性質(zhì)見表 1.2。

表 1.2 儲氫合金分類
Table1.2 Category of the hydrogen storage alloys

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