浅谈高压化学压缩的合金探究

　　考虑到稀土系合金具有优良的综合性能（尤其是平坦的压力平台特性），我们首先选择稀土系合金作为研究对象。由于我们设定的研究目标为：原料氢压为3.0MPa，产品氢压为40.0MPa，因此，如果采用单级压缩器，以水作为加热介质是不可能实现的。所以为了降低压缩时的工作温度，有必要在满足目标条件的前提下尽量提高合金在低温时的吸放氢平台压力。在稀土系合金中，MmNi5合金具有较高的平台压力，但是存在活化困难、平台压力滞后大的致命弱点。合金化是解决以上问题的有效途径之一。MlNi5具有易活化、滞后小的优点，但是压力平台相对较低。可以用Ml部分替代Mm改善合金活化和滞后性能。而且由于Ca原子量小，因此，以Ca部分替代Mm有望进一步提高合金的重量储氢密度。另外，以Al、Mn、Fe等过渡族元素部分取代Ni也可改善合金的活化性能和滞后性能。因此，我们对混合稀土镍系合金（MmMlCa）（NiAl）5进行了系统优化研究。

　　压缩器样机用合金采用真空感应炉熔炼。实验用氢气纯度大于99.999%.pcT曲线测试实验装置由真空排气系统、加氢系统、标准压力表、量气管、反应器、水浴加热装置和高压阀门等组成。吸氢pcT曲线采用定容压差阶段加氢法，放氢pcT曲线采用排水集气法测定。合金经吸放氢十余次后再测定其pcT曲线。为使反应达到平衡，每个数据点时间间隔20分钟以上。XRD分析采用RigakuDmax3B衍射仪。

　　为改善氢化物床体的传热性能，作者尝试了对合金表面镀铜，Mm0.15Ml0.65Ca0.2Ni5合金镀铜前后吸氢动力学曲线示于和4.合金易活化、动力学性能好，在4.0MPa氢压条件下首次吸氢25分钟可饱和，活化后3分钟内可吸氢95%.表面镀铜合金仍保持较好的活化和动力学性能，首次吸氢30分钟可达饱和氢量的90%.扫描电镜观察结果表明合金表面包覆一层多孔、不连续的铜层，这些孔为合金吸放氢提供了通道。吸氢动力学测试结果表明，合金镀铜后吸氢后期的吸氢速度比未镀铜合金要快，说明合金镀铜后传热性能得到改善。

　　结论研究筛选出两种稀土系储氢合金（MmMl）0.8Ca0.2（NiAl）5具有优良的储氢性能，可适合于作为氢化物氢压缩器用储氢合金。合金的储氢量为1.3wt%，压力平台合适，吸放氢动力学性能好。采用该合金设计制作氢容量大于1000L的高压氢压缩样机，压缩机在20时氢压小于3.0MPa可吸氢饱和，165放氢可得氢压大于40MPa的超高压产品氢。压缩机的热效率达到21.9wt%.压缩机无噪音、无泄漏，操作方便，增压范围调节方便，是未来各种氢燃料电池电动车辆车载储氢器氢源加注的理想设备。