【摘 要】
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氢能具有较高的能量密度、易于与其他能源相互转化,且不产生温室气体和环境污染的绿色能源,因此是一种理想的能源载体。但是氢气传统的气态与液态的储运方式具有储氢能量密度低,安全性差,成本高等缺点,极大地阻碍了氢能的发展。而金属氢化物能够通过金属键的方式与氢结合从而具备良好的储氢能力。V基固溶体合金的优异储氢能力和室温下吸放氢的优异性能,是一种典型的BCC结构金属氢化物型储氢合金。但是其复杂的活化过程,较
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氢能具有较高的能量密度、易于与其他能源相互转化,且不产生温室气体和环境污染的绿色能源,因此是一种理想的能源载体。但是氢气传统的气态与液态的储运方式具有储氢能量密度低,安全性差,成本高等缺点,极大地阻碍了氢能的发展。而金属氢化物能够通过金属键的方式与氢结合从而具备良好的储氢能力。V基固溶体合金的优异储氢能力和室温下吸放氢的优异性能,是一种典型的BCC结构金属氢化物型储氢合金。但是其复杂的活化过程,较差的动力学性能及放氢能力,以及较窄的成分设计空间严重阻碍了它的应用。通过多组元合金进行成分设计能够扩大成分设计的空间,有助于形成BCC固溶体结构,同时引入促进储氢性能提升的纳米结构。因此本文基于Ti-Zr-V体系的中熵合金设计出具有纳米共晶组织与调幅分解结构的BCC储氢合金。通过对Ti40Zr60-xVx（x=30,35,40,45 at.%）合金进行组织观察及性能测试,同时对其动力学过程进行分析发现:在200℃,1MPa的H2压下,所研究合金均能够在20min内达到＞2.2 wt.%的储氢容量,Ti40Zr15V45合金在150℃,1 MPa H2压下能够达到3.01 wt.%的质量储氢量。而且Ti40Zr25V35合金在200℃不需要孕育期就可以达到很快的吸氢速率,能够在10s内完成＞95%的吸氢量。氢化反应过程中合金发生了BCC→FCC的结构转变,氢原子储存在FCC结构的{111}晶面。纳米晶化的共晶组织能够产生更多的储氢位点并且提高了H原子的扩散能力,使得反应更加完全,协同FCC本身的层状结构提供快速反应速率同时增加氢化反应的比表面积,因此能够显著提高合金的储氢能力。Ti40Zr25V35合金中产生了大量的调幅分解结构能够在表面产生较大的晶格应力并在FCC结构的{111}晶面形成大量晶体缺陷,降低了合金表面反应所需活化能,从而促进了合金活化性能的提升。Ti40Zr15V45与Ti40Zr25V35合金中的有序结构与调幅分解能够提高凝固过程中共晶组织的稳定性,从而产生较多的共晶组织,提高储氢量。通过Cr元素对于Ti40Zr15V45合金进行微合金化,能够通过引入调幅分解结构,增加共晶组织的含量,提高其活化性能,及放氢能力。同时发现调幅分解结构能够显著提高放氢动力学性能。通过微合金化验证了相形成理论,为储氢合金的设计与开发提供了依据
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