貯氫材料概述.ppt

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1、contents4一、貯氫材料概述1235二、貯氫合金的基本原理三、貯氫合金的評價四、貯氫材料分類五、稀土貯氫材料的制備6六、稀土貯氫合金的應(yīng)用稀土儲氫材料的應(yīng)用和發(fā)展稀土儲氫材料的主要應(yīng)用稀土儲氫材料應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)中的冶金、石油化工、光學(xué)、磁學(xué)、電子、生物醫(yī)療和原子能工業(yè)的各大領(lǐng)域的30多個行業(yè)，但主要應(yīng)用領(lǐng)域是高性能充電電池—鎳氫電池。(四)儲氫材料的種類根據(jù)合金的成分可以分為：①稀土系合金②鎂系合金③鈦系合金④鋯系合金①稀土系合金人們很早就發(fā)現(xiàn)，稀土金屬與氫氣反應(yīng)生成稀土氫化物REH2，這種氫化物加熱到1000℃以上才

2、會分解。而在稀土金屬中加入某些第二種金屬形成合金后，在較低溫度下也可吸放氫氣，通常將這種合金稱為稀土貯氫合金。在已開發(fā)的一系列貯氫材料中，稀土系貯氫材料性能最佳，應(yīng)用也最為廣泛。稀土系貯氫材料的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)大到能源、化工、電子、宇航、軍事及民用各個方面。例如，用于化學(xué)蓄熱和化學(xué)熱泵的稀土貯氫合金可以將工廠的廢熱等低質(zhì)熱能回收、升溫，從而開辟出了人類有效利用各種能源的新途徑。利用稀土貯氫材料釋放氫氣時產(chǎn)生的壓力，可以用作熱驅(qū)動的動力；采用稀土貯氫合金可以實現(xiàn)體積小、重量輕、輸出功率大，可用于制動器升降裝置和溫度傳感器。典型的貯

3、氫合金LaNi5是1969年荷蘭菲利浦公司發(fā)現(xiàn)的，從而引發(fā)了人們對稀土系儲氫材料的研究。以LaNi5為代表的稀土儲氫合金被認(rèn)為是所有儲氫合金中應(yīng)用性能最好的一類。優(yōu)點：初期氫化容易，反應(yīng)速度快，吸-放氫性能優(yōu)良。20℃時氫分解壓僅幾個大氣壓。缺點：鑭價格高，循環(huán)退化嚴(yán)重，易粉化。采用混合稀土(La，Ce，Sm)Mm替代La可有效降低成本，但氫分解壓升高，滯后壓差大，給使用帶來困難。采用第三組分元素M(Al，Cu，F(xiàn)e，Mn,Ga，In，Sn，B，Pt，Pd，Co，Cr，Ag，Ir)替代部分Ni是改善LaNi5和MmNi5儲氫

4、性能的重要方法。Zr(Mn，Ti，F(xiàn)e)2和Zr(Mn，Co，Al)2合金適合于作熱泵材料。Ti17Zr16Ni39V22Cr7已成功用于鎳氫電池，有寬廣的元素替代容限，設(shè)計不同的合金成分用來滿足高容量，高放電率，長壽命，低成本不同的要求。四面體間隙八面體間隙NiLaHr4=0.225Rr8=0.414RAB5型-LaNi5CaCu5五、稀土貯氫材料制備1.感應(yīng)熔煉法2.機(jī)械合金化（MA,MG）法3.還原擴(kuò)散法4.共沉淀還原法5.置換擴(kuò)散法6.燃燒合成法各種制備方法比較1.感應(yīng)熔煉法目前工業(yè)上最常用的是高頻電磁感應(yīng)熔煉法。熔

5、煉規(guī)模從幾公斤至幾噸不等。缺點是耗電量大、合金組織難控制。1.1感應(yīng)電爐的基本電路1.2感應(yīng)電爐的工作原理（1）交變電流產(chǎn)生交變磁場當(dāng)交變頻率的電流通過坩堝外側(cè)的螺旋形水冷線圈時，在線圈所包圍的空間和四周就就產(chǎn)生了磁場，磁場的極性和強度隨交變電流的頻率而變化。交變磁場的磁力線一部分穿透金屬爐料，還有一部分穿透坩堝材料。（2）交變磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流一部分磁力線穿透坩堝內(nèi)的金屬爐料，磁力線被金屬爐料所切割，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成感應(yīng)電流。（3）感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為熱能金屬爐料內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流在流動過程中克服一定的阻力，從而由電能轉(zhuǎn)化為熱能

6、，使金屬爐料加熱并熔化。感應(yīng)電流的分布特性：（1）集膚效應(yīng)：交變電流通過導(dǎo)體時，電流密度由表面向中心依次減弱，即電流有趨于導(dǎo)體表面的現(xiàn)象，稱為電流的集膚效應(yīng)。（2）坩堝容量和電流頻率的關(guān)系頻率高的電源選小尺寸的爐料，低頻的電源選大尺寸爐料。（3）坩堝內(nèi)熔體溫度的分布中溫區(qū)低溫區(qū)高溫區(qū)中溫區(qū)低溫區(qū)1.3感應(yīng)熔煉用坩堝坩堝是感應(yīng)熔煉的重要組成部分，用于裝料冶煉，并起絕熱、絕緣和傳遞能量的作用。坩堝堿性坩堝酸性坩堝中性坩堝CaO,MgO,ZrO2,BeO和ThO2SiO2Al2O3,MgO·Al2O3，ZrO2·SiO21.4貯氫

7、合金常用原材料目前常用的幾種A-B型貯氫合金,一般純度要求在99.9%以上。1.5合金熔煉技術(shù)高頻感應(yīng)爐，MgO坩堝0.2%MgAl2O3坩堝0.18%AlZrO2坩堝0.05%Zr制取合金熔煉裝置熱處理裝置粉碎裝置性能測定裝置2.機(jī)械合金化（MA,MG）法機(jī)械合金化一般在高能球磨機(jī)中進(jìn)行。在合金化過程中，為了防止新生的原子面發(fā)生氧化，需在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行。這種方法與傳統(tǒng)方法顯著不同，它不用任何加熱手段，只是利用機(jī)械能，在遠(yuǎn)低于材料熔點的溫度下由固相反應(yīng)制取合金。特點：1）可制取熔點或密度相差較大的金屬的合金。e.g.Mg-

8、Ni：Mg：651℃，Ni：1455℃熔點和相對密度相差如此之大的2種金屬是很難用常規(guī)的高溫熔煉法制備的，而機(jī)械合金化在常溫下進(jìn)行，不受熔點和相對密度的限制。2）機(jī)械合金化生成亞穩(wěn)相和非晶相。3）生成超微細(xì)組織（微晶、納米晶）4）產(chǎn)生大量的新鮮表面及晶格缺陷，從而增強其吸放氫過程中的反應(yīng)，