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三、钛系贮氢合金的生产工艺技术改进

3.1钛系贮氢合金常见局限性

对Ti—Zr—Cr—Mn体系合金的结构和贮氢性能研究表明，该类合金为C14

型Laves相结构，大部分合金表现出相当好的贮氢性能，其中Ti0.68Zr0.32CrMn合金成分综合性能最好。

然而，此合金暴露在空气中时，表面会形成一层致密的氧化物或氢氧化物，

导致其活化困难。加之Zr金属较重，相对减少了合金的贮氢量。同时虽然Sc置换Zr后可逆贮氢量大幅度提升，但其抗氧化性能力并无明显改善，且成本增加，致使其不能应用在实际当中

3.2工艺技术改进

针对上述局限性，现有一种提供钛基双向贮氢合金的工艺，所得合金贮氢量

高，且适合作为大规模用氢条件下的氢源。

首先优选钛基贮氢合金（拉维斯相和固溶相共存），然后按照合金化学通式

配比称取各金属单质，金属单质原料的纯度均要求在99%以上，然后在非自耗真空电弧炉或真空中频感应炉中熔炼，熔炼时为防止氧化均在氩气保护气氛下进行。进一步，采用非自耗真空电弧炉熔炼时，需翻身熔炼4次。

经过改进后的贮氢合金可逆贮氢量高，易活化，抗氧化，平台性能优异，适

合作为大规模用氢条件下的氢源。且该合金在室温、2MPa氢压下可以直接吸收氢，而无需高温或高压预处理活化

四、钛系贮氢合金的应用

4.1新型高容量镍氢电池应用开发

高能级贮氢合金—镍电池是新型的碱性二次电池，简称镍氢电池[Ni-MH或Ni-H(MH)电池]，该电池正极采用镍化物[Ni(OH)2或NiOOH]，负极则采用高能级钛系贮氢合金。因为钛系贮氢合金满足镍氢电池负极的条件：有效贮氢量大，即电容量大；可逆的吸、放氢量大，反应速度快；平衡氢分解压力；对碱性溶液有较强的耐蚀性，且不形成绝缘膜；氢扩散速度大，反应阻抗（过电压）小等。目前研制开发出的具有代表性的Ti—Zr—Ni—V—Cr合金是新型的钛系贮氢合

金，可用于制作具有高电容量、高电流密度镍氢电池。在该类性能上，这种镍氢电池显示出的高能量密度，为Ni—Cd电池的1.5～2倍。

4.2制取高纯度氢气

利用贮氢合金对氢的选择性吸收特性，可制备99.9999%以上的高纯氢。如含

有杂质的氢气与贮氢合金接触，氢被吸收，杂质则被吸附于合金表面；去除杂质后，再使氢化物释氢，则得到高纯度的氢气。高纯度氢在电子工业、光纤生产方面有重要应用。在这方面，TiMn1.5及稀土系贮氢合金应用效果较好。

4.3钛钒基贮氢电极合金

将钛基C14型Laves相贮氢电极合金、钒基固溶体型贮氢电极合金二者相结

合而形成的钛钒基贮氢电极合金拥有极好应用前景。随着Zr替代合金中Ti的量的增加，合金的活化性能、最大放电容量、高倍率放电能力、交换电流密度、极限电流密度以及氢在合金中的扩散系数均不断下降，而合金的循环稳定性和电化学反应阻抗则不断增加。该类电极合金在制备最大电容量、提高电流密度等方面有很好的应用价值。

4.4氢能汽车

贮氢合金作为车辆氢燃料的贮存器，例如采用TiFe合金贮氢，目前处于研究

试验阶段。当前主要问题是贮氢材料的重量比汽油箱重量大得多，影响汽车速度。但氢的热效率高于汽油，而且燃烧后无污染，使氢能汽车的前景十分诱人。

五、钛系贮氢合金的现状及新进展

5.1钛系贮氢合金制备时的热氢处理现状

在钛合金中，氢是一种特殊的合金化元素，尤其是对于用作贮氢功能的钛系

贮氢合金。与其他合金元素不同的是，氢可以再钛合金不熔化的条件下很容易地加入或去除。这对于需要有极好的吸氢和释氢能力的钛系贮氢合金来讲，是十分必要的。但在钛系贮氢合金的运用过程中，将不可避免地承受部分载荷，而在钛合金中引入微量的氢就能导致强度减小、脆性增大的氢脆问题。然而，在研究中发现，在钛合金（钛系贮氢合金）中加入适量的氢，可以使其热加工工艺得以明显改善。

因此，为解决氢脆以及高温高强钛合金（钛系贮氢合金）的变形抗力大、成

形困难等问题，现已发展出一热处理工艺——热氢处理工艺。钛和钛合金中氢元素含量达到一定浓度时，可使钛合金的组织结构发生比较明显的变化。钛合金（钛系贮氢合金）中塑性相体积分数的增加是为了降低材料的流变应力，提高钛合金的热加工工艺和力学性能。从而降低钛合金塑性变形和变形速度的苛刻要求。进行热氢处理后，再利用真空除氢退火降低含氢量以达到标准值，避免氢脆现象。在充分冷却后，钛系贮氢合金便可以在较低温度下进行吸氢、放氢的过程。

5.2钛系贮氢合金最新进展

钛系贮氢合金目前大多进展都在电化学方面，即在镍氢电池的运用方面。先

进发达国家目前都在研究和生产高电容量、高电流密度的二次电池，而该类电池的负极则需要贮氢性能优良的合金制备，故此目前的钛系贮氢合金在镍氢电池的植被和运用方面发展较快。

目前贮氢合金在应用时主要存在以下问题：贮氢能力低；对气体杂质的高度

敏感性；初始活化困难；氢化物易在空气中自燃，反复吸释氢时氢化物产生歧化等。在解决上述问题的同时，应注意开发新型贮氢材料，如非晶态合金，过渡金属络合物等。 【参考文献】：

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