Forschungsfortschritt von titanbasierten Wasserstoffspeichermaterialien

Basierend auf dem niedrigen Gleichgewichtsdruck der Wasserstoffadsorption von reinem Titan und der TiZr-Reihe, der starken Heliumfixierungsfähigkeit, den stabilen chemischen Eigenschaften und der hohen Sicherheit des gebildeten Hydrids kann es zur Langzeitspeicherung von Wasserstoff verwendet werden. Das zu lösende Schlüsselproblem besteht darin, die Retentionskapazität zu verringern; Basierend auf dem hohen Gleichgewichtsdruck des Desorptionswasserstoffs des TiFe-Systems und des TiMn-Systems kann es für die Wasserstoffspeicherung und das Pumpen im Produktionsprozess entwickelt und erforscht werden. Das zu lösende Schlüsselproblem besteht darin, das wiederholte Recycling von Materialien zu realisieren und die Kosten zu senken.

Um die obigen Probleme zu lösen, ist die aktuelle Forschungsrichtung hauptsächlich die Elementsubstitution. Es ist zu hoffen, dass durch die Erforschung der ternären oder sogar mehrfachen Legierungen die Wasserstoffabsorption und -desorption und die umfassenden Eigenschaften von Mehrkomponentenlegierungen zum Durchbruch gebracht werden.

1. Reintitan

Im Vergleich zu anderen Materialien hat Titan eine sehr überlegene Leistung bei der Speicherung von Wasserstoff. Erstens hat Titan den Vorteil, Wasserstoff schnell zu adsorbieren und zu desorbieren. Außerdem beträgt der Gleichgewichtsdruck für die Wasserstoffadsorption von Titan bei Raumtemperatur (25 Grad) 10-8 Pa, und der niedrige Adsorptionsgleichgewichtsdruck verringert den Wasserstoffverlust; zweitens sind im Hinblick auf die Sicherheit Titan-Wasserstoff-Verbindungen sehr stabil, leicht zu handhaben, selbst wenn sie Luft bei Raumtemperatur ausgesetzt werden, und Wasserstoff wird nicht freigesetzt, wenn keine hohe Temperatur angelegt wird; Schließlich ist Titan ein kostengünstiges Metall, und Titan ist in natürlichen Ressourcen reichlich vorhanden. Der Gehalt in der Erdkruste beträgt das 5-fache an Eisen und das 100-fache an Kupfer. Der Hauptnachteil der Titanwasserstoffspeicherung besteht darin, dass die Desorptionstemperatur von Titanhydrid zu hoch und die Retention groß ist. Um den Gleichgewichtswasserstoffdruck von 100 kPa zu erreichen, muss es auf eine Temperatur nahe 800 Grad erhitzt werden.

2. TiFe-System

Die TiFe-Legierung ist eine Art Wasserstoffspeichermaterial mit guter Leistung und auch eine typische Wasserstoffspeicherlegierung vom AB-Typ. 1974 wurde es von Reilly und Wiswall in den Vereinigten Staaten entdeckt. Als Wasserstoffspeichermaterial wurde die TiFe-Legierung allmählich untersucht. Das Personal legt großen Wert darauf und hat viel recherchiert.

Nach der Aktivierung weist die Legierung auf TiFe-Basis eine bessere Wasserstoffabsorptions- und -desorptionsleistung auf, und ihre Adsorptions- und Desorptionskapazität für Wasserstoff ist relativ groß, und die maximale Wasserstoffabsorptionskapazität liegt bei (Massenanteil) und ihrem Adsorptionsgleichgewichts-Wasserstoffdruck bei Raum Die Temperatur beträgt 300 kPa. Legierungen auf TiFe-Basis haben viele Vorteile als Wasserstoffspeichermaterialien, aber es gibt auch einige Probleme: 1) Aktivierung ist schwierig; 2) die Rückhaltekapazität ist groß.

3. TiZr-Reihe

Zr und Ti gehören zu den Metallelementen der Gruppe IVB. Ähnlich wie Ti ist auch Zr ein Metallmaterial mit hoher Wasserstoffabsorptionsdichte. Studien haben gezeigt, dass ein geeignetes Ti/Zr-Verhältnis die Eigenschaften der Legierung verbessern kann; zusätzlich kann das Hinzufügen des dritten Komponentenmetalls M (wobei M Co, Cr, V, Fe usw. ist) auch die Wasserstoffspeicherleistung von TiZr verbessern. Benvenuti C. et al. haben gezeigt, dass TiZrV eine gute Wasserstoffabsorptionsleistung hat und ein breites Anwendungsspektrum in den Bereichen Wasserstoff und seiner Isotopenspeicherung und -reinigung hat. Aussicht.