国内外固态储氢技术最新研究进展

国际储能技术与产业联盟 2024-02-22

犹他大学在TiFe合金储氢性能的研究上取得进展：技术突破：（1）TiFe0.9和TiFe0.95在室温下可活化，其吸氢动力学可在几个加氢循环内得到改善;

犹他大学在TiFe合金储氢性能的研究上取得进展

文章信息

开发单位：犹他大学 P. Sun

文章名称：Huang Liu, at al. The mechanistic role of Ti4Fe2O1-x phases in the activation of TiFe alloys for hydrogen storage, 2023.

技术突破：（1）TiFe0.9和TiFe0.95在室温下可活化，其吸氢动力学可在几个加氢循环内得到改善;（2）TiFe2O1-x的存在使TiFe/Fe比较高的TiFex合金在室温下活化，Ti4Fe2O1-x可以吸收氢气，开裂，为TiFe的加氢形成通道;（3）TiFex合金的活化可以通过控制Ti/Fe比来调节。较高的Ti/Fe比导致Ti4Fe2O1-x相的量增加。

应用价值：了解激活行为对于设计具有更好储氢性能的TiFe基合金至关重要。同时，这项研究促进了TiFe合金储氢的进一步发展，也有助于研究人员在固态储氢领域研究更多的可能性。

TiFe合金因其优异的储氢性能而被认为是固定式储氢的绝佳候选者。然而，高温活化的必要条件阻碍了TiFe合金在储氢中的实际应用。

Huang Liu的团队研究了不同Ti/Fe比TiFe合金的活化过程。结果表明，TiFe0.90合金在室温和中等氢压（80 bar）下均能活化，而等摩尔TiFe合金的活化动力学较差。微观组织表征和表面分析表明，TiFe0.95合金中形成的Ti4Fe2O1-x相含量高于TiFe0.95和TiFe合金。TiFe基体中嵌入的Ti4Fe2O1-x相在整个活化过程中起着至关重要的作用，在氢化初期裂解时，它是氢气与TiFe相互作用的管道。活化行为描述如下步骤：（1）Ti4Fe2O1-x氧化物在TiFe基体表面的氢吸收;（2）Ti4Fe2O1-x裂纹;（3）裂纹延伸到TiFe基体中;（4）TiFe吸收氢气。（编辑：温宇辉，张挺INESA）

图 1（a）TiFe0.9合金第一氢化曲线上表示的原始、部分氢化和全氢化颗粒；（b）TiFe0.9在2h内放大的第一加氢曲线（空心点：真实数据，实线：拟合曲线）

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文章信息

技术领域：固态储氢

开发单位：内蒙古科技大学 Z. Yuan

文章名称：Zhonggang Han, et al. Characteristics of electrochemical hydrogen storage of TiFe based alloys with Ni composite by mechanical milling, 2023.

技术突破：结果表明，Ni粉球磨1h后，复合材料由TiFe、ZrMn2和Ni三相组成。随着Ni粉添加量的增加，合金表面Ni粉末涂层的均匀性得到提高，复合材料的放电容量、循环稳定性和高倍率放电（HRD）性能得到显著提高。

应用价值：本研究进一步探索了高性能TeTi储氢合金，在提高合金的电化学性能方面取得了长足进展。同时，本研究也为固态储氢合金提供了可靠的研究方向。

TiFe型合金是很有前途的储氢材料，可以与氢反应生成TiFeH1.04氢化物（β相）和TiFeH1.95氢化物（γ相）。然而，它们的活化更加困难，这使得它们的实际充放电容量较低，动力学性能较差。

本研究采用球磨1h法制备了Ti1.04Zr0.1La0.06Fe0.6Ni0.3Mn0.2+xwt% Ni（x=0，2，5，7，10）复合材料，考察了Ni粉末添加量对合金组织、形貌和电化学性能的影响。结果表明，Ni粉球磨1h后，复合材料由TiFe、ZrMn2和Ni三相组成。随着Ni粉添加量的增加，合金表面Ni粉末涂层的均匀性得到提高，复合材料的放电容量、循环稳定性和高倍率放电（HRD）性能得到显著提高。x=10%合金的首次放电容量高达286.9mAh/g，循环50次后保留率达到77.8%，比x=0%合金的合金（38.7%）提高近90%。在电流密度为80mA/g时，x=10%合金（59.4%）的HRD值比非Ni粉末球磨合金（30.03%）提高了97.8%，动力学参数（D、IL和Rct）呈现出与高倍率放电性能变化规律一致的趋势。镍粉在合金表面均匀包覆具有高导电性和优异的电催化活性，是Ni复合材料电化学性能增强的首要因素。（编辑：温宇辉，张挺INESA）