储氢合金机械合金法活化实验
2023-12-18 347
缺乏高效、安全的储氢系统通常被认为是利用氢作为主要能源载体的主要瓶颈之一。 固态储氢被认为是解决氢气容量和安全问题的有前途的解决方案。
从金属、金属间化合物和合金中获得的几种氢化物能够在接近环境条件下工作,因此可以归类为室温氢化物。它们作为储氢系统设计和开发的存储介质已被深入研究。一方面,这种氢化物形成材料受益于100至120 kg H2/m3之间的极高氢气容量,以及形成氢化物化合物所需的温和温度和压力条件。另一方面,室温氢化物的重量容量相对较低,通常在 1.0 至 2.5 H2 wt% 之间[。 因此,它们通常主要作为固定应用的解决方案进行研究,并在系统质量不是主要问题的情况下进行实际测试和研究,即储能罐和氢气压缩机。考虑到有利的工作范围,室温氢化物也被视为移动领域(即车辆和舰船应用)的储氢材料。
从技术角度来看,TiFe 合金可被视为最有可能形成氢化物的材料之一,这是因为其组成元素 Ti 和 Fe 的含量丰富且成本低廉。此外,TiFe 类合金不发火,这可能是由于在空气暴露下会迅速形成氧化层。最后,TiFe合金可分别循环使用 1500 次和高达 3 万次,而几乎没有任何容量损失。尽管如此,TiFe 合金的一个主要缺点是其活化需要苛刻的温度条件。
据报道,由于 TiFe 合金表面形成氧化物壳,因此必须对其进行活化。钛铁合金的活化通常通过三种不同的方法进行:
1)在氩气、氢气和/或真空环境下,在超过 100◦ C 以上的温度下进行热处理(加热和冷却循环)。
2) 添加过渡金属,如钯、镍和锰。
3) 通过机械合金法进行机械加工:机械铣削或高压扭转或两者结合,如添加石墨后进行铣削。
通过球磨直接合成钛铁合金也是可能的,但并不直接,因为结果对研磨过程的持续时间和强度很敏感。无论如何,研磨气氛中的氧含量似乎对工艺结果有很大影响。
宙驰的机械合金法实验
第一次用高能研磨机对TiFe合金进行研磨。在这种情况下,开始时用氩气冲洗转鼓,然后进行 10 分钟的研磨过程。在这一过程中,氧气浓度 增加到 1500 ppm,作者认为这是因为氧化层的反复破碎将 氧气 释放到了研磨气氛中;没有惰性气体流将杂质带走这一事实导致了这一数值的增加。
第二次利用配置有惰性气体循环装置的研磨机对TiFe合金进行研磨,在磨粉过程之前进行了彻底的惰化处理。在研磨过程中必须降低铣削滚筒中的氧气和湿度水平,以避免铣削过程中产生的新表面被氧化。惰化过程是通过从一个连接口将来自气缸的氩气注入滚筒,然后让氩气从另一个连接口流出。进行了约 10 分钟。研磨桶中的气氛几乎没有氧气。
对二种在不同环境下研磨的储氢合金进行充氢实验发现,第一次研磨的储氢合金在没有活化的情况下,氢气无法充入。
第二次研磨的储氢合金在没有活化的情况下,可以充入氢气,但储氢合金的储氢量与第一次研磨的储氢合金(经多次加热和冷却循环活化后)的储氢量有所降低。
未来,有必要为氢化物找到一种高效、低成本的加工途径,尤其是无需热活化程序的情况下,宙驰机械合金法活化的方法就是一个很好的选择。
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