本發(fā)明屬于儲(chǔ)氫材料，具體涉及一種高熵儲(chǔ)氫合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、氫能因其可再生性和清潔性，成為滿足能源需求并解決環(huán)境問(wèn)題的理想選擇，高效儲(chǔ)氫技術(shù)是推動(dòng)氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵，儲(chǔ)氫技術(shù)分為氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫三種方式，其中高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的設(shè)備最為完善，但是儲(chǔ)氫量小，安全性差，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫可以大大提高體積比容量，但氫氣液化非常耗能，液態(tài)氫存儲(chǔ)過(guò)程中需要耐超低溫、保持超低溫、耐壓、密封性強(qiáng)的特殊容器，制造難度大，成本高昂，而固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)因其是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲(chǔ)氫載體，其中金屬氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)因體積儲(chǔ)氫容量高、良好的循環(huán)穩(wěn)定性、供氫純度高、安全性優(yōu)異而備受關(guān)注。

2、在所有金屬氫化物儲(chǔ)氫材料中，具有體心立方結(jié)構(gòu)的釩(v)基固溶體儲(chǔ)氫合金因其良好的動(dòng)力學(xué)和高儲(chǔ)氫容量(理論最大容量3.9wt％)以及適中的工況而備受關(guān)注，近年來(lái)，對(duì)v基bcc合金的研究主要集中在v-ti-x合金體系(x＝cr、fe、ni、zr、mn等)，其中，v-ti-cr體系合金因其良好的儲(chǔ)氫性能是各種研究的重點(diǎn)，v是穩(wěn)定bcc結(jié)構(gòu)和增加氫壓力的必要元素，然而，由于純v合金的成本昂貴，高v合金的高成本對(duì)大規(guī)模應(yīng)用構(gòu)成了重大障礙，因此，開(kāi)發(fā)含有低v的bcc合金具有重要價(jià)值，另外基于成本考慮，相比純釩，廉價(jià)的釩鐵合金(fev80)更適合作為釩基固溶體儲(chǔ)氫合金的原料，使用了釩鐵合金的v-ti-cr體系合金非常適合加入其他元素得到廉價(jià)的高熵儲(chǔ)氫合金，具有極大的開(kāi)發(fā)潛力，與傳統(tǒng)釩基儲(chǔ)氫合金相比，高熵釩基儲(chǔ)氫合金可以達(dá)到更大的儲(chǔ)氫容量，擁有更好的穩(wěn)定性，更好的循環(huán)壽命表現(xiàn)，更低的放氫溫度。

3、因此，亟需解決如何提供高熵v基合金，且合金優(yōu)良的吸/放氫容量、吸放氫動(dòng)力和循環(huán)壽命的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決如何提供高熵v基合金，且合金優(yōu)良的吸/放氫容量、吸放氫動(dòng)力和循環(huán)壽命的技術(shù)問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種高熵儲(chǔ)氫合金，其中，所述合金的化學(xué)式為v30-xtiycrzalrmt(fev)x，其中，fev為釩鐵合金fev80，m為zr或ce中的至少一種，x，y，z，r，t分別為v、ti、cr、al、m、fev的原子百分比，x+y+z+r+t＝100，0≤x≤30，20≤y≤30，20≤z≤30，5≤r≤10，5≤t≤10。

3、本發(fā)明第二方面提供一種權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述合金的制備方法，其中，所述制備方法包括：

4、s1、按原子比計(jì)，將混合原料放入真空感應(yīng)爐的坩堝中，抽真空加熱脫氣；

5、s2、使用真空感應(yīng)爐，抽真空后充入氬氣保護(hù)，加熱到1800-1900℃，保持3-5min，持續(xù)搖晃坩堝攪拌加速溶解，傾斜坩堝，將合金快速傾倒進(jìn)水冷坩堝，冷卻速率為800-1200℃/min，冷卻至20-30℃，得到合金鑄錠；

6、s3、分段升溫至1200℃下熱處理15-30min，n2氣淬，砂紙打磨掉氣淬后合金鑄錠表面氧化層，液氮處理，粉碎，得到合金。

7、本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明提供的合金在成本可控以及工業(yè)級(jí)的熔煉條件下具有非常高的吸氫容量以及在-30℃至250℃優(yōu)異的寬溫區(qū)適應(yīng)性，十分適合工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種高熵儲(chǔ)氫合金，其特征在于，所述合金的化學(xué)式為v30-xtiycrzalrmt(fev)x，其中，fev為釩鐵合金fev80，m為zr或ce中的至少一種，x，y，z，r，t分別為v、ti、cr、al、m、fev的原子百分比，x+y+z+r+t＝100，0≤x≤30，20≤y≤30，20≤z≤30，5≤r≤10，5≤t≤10。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，所述合金的晶型中，90-100％為體心立方結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，所述合金的活化方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，在25℃和8-10mpa的h2條件下，所述合金的最大吸氫量為2.73wt％；

5.一種權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述合金的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述原料包括v、ti、cr、al、fev80、m，m為zr或ce中的至少一種；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，s1中，所述加熱脫氣的條件包括：使用真空泵抽真空，加熱速率為10-20℃/min，升溫至500-800℃，保持0.5-1h。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，s3中，分段升溫的條件包括：以5-10℃/min的速率，升溫至700-900℃，再以1-3℃/min的速率，升溫至1100-1200℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，s3中，所述n2氣淬的條件包括：n2壓力為5-15bar，氣體流速5-15m/s，通氣時(shí)間為10-15min。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，s3中，所述液氮處理為將打磨后的合金鑄錠放入液氮中，降溫至-170～(-190)℃，保持10-30min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及儲(chǔ)氫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高熵儲(chǔ)氫合金，其特征在于，所述合金的化學(xué)式為V<subgt;30?x</subgt;Ti<subgt;y</subgt;Cr<subgt;z</subgt;Al<subgt;r</subgt;M<subgt;t</subgt;(FeV)<subgt;x</subgt;，其中，F(xiàn)eV為釩鐵合金FeV80，M為Zr或Ce中的至少一種，x，y，z，r，t分別為V、Ti、Cr、Al、M、FeV的原子百分比，x+y+z+r+t＝100，0≤x≤30，20≤y≤30，20≤z≤30，5≤r≤10，5≤t≤10，該合金為具有BCC結(jié)構(gòu)的高熵儲(chǔ)氫合金，具有優(yōu)良的吸/放氫容量、吸放氫動(dòng)力和循環(huán)壽命，適合工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：王維,吳玉成,劉學(xué)武,梁飛,任權(quán)兵,鄭波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8