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高压复合储氢罐结合了气态储氢与固态储氢的优势,同时具备较高的体积储氢密度与质量储氢密度,且充氢压力低,为实现安全高密度的车载储氢提供了一种解决方案。发展在高压条件下具有良好吸/放氢特性的储氢材料是提升高压复合储氢罐性能的关键。ZrFe2合金因其动力学速度快、脱氢完全、循环稳定性好等优点,具有很大的潜力,但其平台压过高、储氢量低、滞后系数高、平台斜率大等缺陷限制了其应用。本论文在非化学计量Zr1.05Fe2的基础上,采用电弧熔炼方法,制备了一系列添加过渡金属元素的三元、四元Zr-Fe基合金;运用XRD、SEM等研究了合金的组织结构;利用PCI方法测定了添加不同合金元素的Zr-Fe基合金的储氢性能。论文的主要结果如下:本文首先研究了Zr1.05Fe1.8M0.2（M=V、Cr、Mn、Mo）的储氢性能,初步探索了过渡族合金元素部分取代Fe的作用。结果表明,V能有效降低合金的平台压力,减小吸/放氢滞后,但合金低温下脱氢不完全,且平台斜率增大;Cr在降低平台压和提升储氢量上的效果次于V,合金的滞后较为明显,但合金低温下完全可逆;相较而言,Mn与Mo的效果较差,Mn取代后合金的平台仍然较高,且滞后系数增大,而Mo取代后合金完全转化为C14相,不但储氢量较低,也使滞后现象进一步恶化。在此基础上,本文系统地研究了Zr-Fe-Cr与Zr-Fe-Mn合金的储氢性能,探究不同Cr、Mn含量对合金结构与储氢平台特性的影响。研究发现,Zr1.05Fe2-x-x Crx（x=0.1,0.15,0.2,0.25）仍保持C15结构,且Cr含量增加,合金的平台压逐渐下降,滞后现象有所缓解,但是由于电子浓度的升高使储氢量下降。Cr含量增加到0.3时,Zr1.05Fe1.7Cr0.3转变为C14结构,储氢量与平台进一步下降,结构转变使滞后系数增大。Zr-Fe-Cr合金中,Zr1.05Fe1.85Cr0.15的储氢性能最佳,计算得其在298 K时吸/放氢平台约为132.15 atm和60.03 atm,滞后系数为0.78,储氢量达1.53wt%。Mn对合金的结构影响较小,Mn含量达0.6时合金中才出现少量C14相。实验发现,Mn含量升高,合金的平台压力下降,储氢量升高,但是也伴随着滞后现象的逐渐加剧,其中Zr1.05Fe1.4Mn0.6的储氢量最高,为1.58wt%,在室温下吸/放氢平台分别为14.28 atm与5.18 atm,但是滞后系数高达1.01。为了减小滞后,提升储氢量,在Zr-Fe-Cr与Zr-Fe-Mn的基础上进一步用V和Ti进行替代,对四元合金进行探索。结果表明,V的引入使合金平台斜率增大,但对减小滞后效果显著,Zr1.05Fe1.85Cr0.05V0.1在室温下的滞后现象基本消失,但合金的储氢量提升不够明显;而Zr-Fe-Mn-V合金的滞后仍然较为突出。同样,Ti添加也起到减小滞后的作用。Zr-Ti-Fe-Cr与Zr-Ti-Fe-Mn合金的滞后随着Ti含量的增加而减少,同时也使平台压上升。在Zr-Ti-Fe-Mn合金中,当Zr与Ti的原子比为6:4时,合金拥有斜率较小的吸/放氢平台。在所研究的四元合金中,(Zr0.4Ti0.6)1.05Fe1.2Cr0.8与(Zr0.5Ti0.5)1.05FeMn表现最优。(Zr0.4Ti0.6)1.05Fe1.2Cr0.8的储氢量为1.55wt%,根据van’t Hoff方程算得其在298 K时的吸/放氢平台分别为28.09 atm和20.84 atm,滞后系数仅为0.30;(Zr0.5Ti0.5)1.05FeMn储氢量达1.58wt%,298 K的吸氢平台为38.44 atm,脱氢平台压为10.22 atm,滞后系数高达1.33。