钛铁系储氢合金
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关键字：储氢合金 钛铁系储氢合金 制备 优势 钛铁系储氢合金的应用
钛铁系储氢合金
在这里我们主要介绍的是钛铁系储氢合金的研究与应用方面的内容。
钛铁储氢材料是美国国立布鲁克海文(Brookhaven) 实验室的Reilly在1974年首先提出来的，我国是从1978 年开始研究的，美国的毕林斯(Bilings) 能量公司，荷兰的菲利浦斯(Philips)研究室，日本的大阪工业技术试验所，西德的戴姆勒本茨(DaimlerBenz)公司等单位在理论和应用方面都做了不少工作。东德、苏联、英、法等国也都开展了这方面的研究。
① 易活化，氢的吸储量大；
② 用于储氢时生成热尽量小，而用于蓄热时生成热尽量大；
③ 在一个很宽的组成范围内，应具有稳定合适的平衡分解
④ 氢的俘获和释放速度快；
⑤ 金属氢化物的有效热导率大；
⑥ 在反复吸、放氢的循环过程中，合金的粉化小，性能稳定性好；
⑦ 对不纯物如氧、氮、CO、CO2、水分等的耐中毒能力强；
TiFe是AB型金属间化合物，单元晶胞为CsCl构型，属立方晶系。空间群Pm3m，晶格常数a = 2.976埃。原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸附。TiFe在室温下可与氢反应, 生成氢化物TiFeH1.04(β相)和TiFeH1.95(γ相)。β相为正方晶格，γ相为立方晶格，FeTi合金活化后，能可逆地吸放大量的氢，且氢化物的分解压强仅为几个大气压，很接近工业应用；Fe，Ti元素在自然界中含量丰富，价格便宜，适合在工业中大规模应用。
FeTi吸氢，首先是氢分子被吸附到FeTi表面上，其中一些氢分子离解成氢原子。然后，这些氢原子进人金属晶体，占据晶格间隙。当气压力升高时(通常在某种临界浓度和压力下)，金属被氢饱和而使金属进人一个新相，即氢化物相。如氢压进一步提高，最后都变成金属氢化物相。由于金属晶格中有许多间隙位置，可以高度紧密地容纳大量氢。 但是其缺点是吸氢和放氢循环中具有比较严重的滞后效应。为改善TiFe合金的储氢特性，可用过渡金属Co，Cr，Cu，Mn，Mo，Ni，Nb，V等置换部分铁形成多元合金以实现常温活化。过渡金属的加入，使合金活化性能得到改善，氢化物稳定性增加。
参考文献
（1）大角泰著.金属氢化合物的性质与应用[M].吴永宽译,北京化学工业出版社，1990
（2）刘永平,赵罡,李荣等.储氢合金的开发与应用[J].重庆大学学报,2003
（3）李全安,陈云贵,王丽华.贮氢合金的开发与应用[J ].材料开发与应用, 1999, 14 (3).
（4）刘红,韩莹,程云阶.储氢合金的性质及发展趋势[J ].沈阳航空工业学院学报, 2000, 17 (1）
(4) 制取高纯度氢气：利用含有杂质的氢气与储氢合金接触，氢被吸收，杂质则被吸附于合金表面；除去杂质后，再使氢化物释氢，则得到的是高纯度氢气。
(5) 加氢及脱氢反应催化剂 ：施瓦布（E.Schwab）等发现在TiFe合金中加入少量Ru可使TiFe在合成氨反应中的催化活性提高5倍，活化能从62kJ／mol降至38kJ／mol。此后储氢合金在催化加氢、脱氢反应中的应用引起人们越来越大的兴趣，并得到广泛的研究。
（3）分离、回收氢:工业生产中，有大量含氢的废气排放到空中白白浪费了。如能对其加以分离、回收、利用，则可节约巨大的能源。利用储氢合金分离氢气的方法与传统方法不同，当含氢的混合气体(氢分压高于合金-氢系平衡压)流过装有储氢合金的分离床时，氢被储氢合金吸收，形成金属氢化物，杂质排出；加热金属氢化物，即可释放出氢气。
正在研究和发展中的储氢合金通常是把吸热型的金属（例如铁、锆、铜、铬、钼等）与放热型的金属（例如钛、镧、铈、钽等）组合起来，制成适当的金属间化合物，使之起到储氢的功能。吸热型金属是指在一定的氢压下，随着温度的升高，氢的溶解度增加；反之为放热型金属。储氢合金主要有三大系列：①以LaNi5为代表的稀土系储氢合金系列；②以TiFe为代表的钛系储氢合金；③以Mg2Ni为代表的镁系储氢材料。
结束语
在目前研究的各种储氢材料中，钛铁系储氢合金是主要应用的储氢材料，但其储氢需要较高的温度和压力，且储氢量较低，大规模应用仍然有困难。钛铁系储氢合金结构的纳米化和高催化性能的多元系合金的开发应是今后研究方向。储氢合金进行催化参杂、控制储氢材料的显微结构的研究，对于提高材料的储氢性能以及开发新型复合储氢材料都具有理论和实际意义。
但由于材料中有TiO层形成，使得该材料极难活化，限制了其应用。改善FeTi合金活化性能最有效的途径是合金化和纳米化，在纯Ar气氛下，掺杂少量的Ni，球磨20～30 h后制备的FeTi材料不需活化即可很容易地吸氢；研究还表明用机械压缩和酸、碱等化学试剂表面处理也能改善FeTi合金的活化性能。
钛铁系储氢合金具有的优势如下：
摘要：储氢合金是一种能储存氢气的合金，它所储存的氢的密度大于液态氢，因而被称为氢海绵。而且氢储入合金中时不仅不需要消耗能量，反而能放出热量。储氢合金释放氢时所需的能量也不高，加上工作压力低，操作简便、安全，因此是最有前途的储氢介质。
储氢合金的储氢原理是可逆地与氢形成金属氢化物，或者说是氢与合金形成了化合物，即气态氢分子被分解成氢原子而进入了金属之中。由于氢本身会使材料变质，如氢损伤、氢腐蚀、氢脆等。而且，储氢合金在反复吸收和释放氢的过程中，会不断发生膨胀和收缩，使合金发生破坏，因此，良好的储氢合金必须具有抵抗上述各种破坏作用的能力。
钛铁储氢材料是美国国立布鲁克海文brookhaven实验室的reilly在1974年首先提出来的我国是从1978年开始研究的美国的毕林斯bilings能量公司荷兰的菲利浦斯philips研究室日本的大阪工业技术试验所西德的戴姆勒本茨daimlerbenz公司等单位在理论和应用方面都做了不少工作
钛铁系储氢合金
⑧ 钛铁系储氢合金价格较便宜。
钛铁系储氢合金的应用
（1）作为储运氢气的容器源自文库储氢合金作储氢容器具有重量轻，体积小的优点。用储氢合金储氢。无需高压及储存液氢的极低温设备和绝热措施，节省能量，安全可靠。
（2）氢能汽车：储氢合金作为车辆氢燃料的储存器，目前处于研究试验阶段。主要问题是储氢材料的重量比汽油箱重量大得多，影响汽车速度。但是氢的热效率高于汽油，而且燃烧后无污染，使氢能汽车的前景十分诱人。
（5）闫慧忠.稀土储氢材料的现状及发展趋势.包头稀土研究室,2010
钛铁系储氢合金
在这里我们主要介绍的是钛铁系储氢合金的研究与应用方面的内容。
钛铁储氢材料是美国国立布鲁克海文(Brookhaven) 实验室的Reilly在1974年首先提出来的，我国是从1978 年开始研究的，美国的毕林斯(Bilings) 能量公司，荷兰的菲利浦斯(Philips)研究室，日本的大阪工业技术试验所，西德的戴姆勒本茨(DaimlerBenz)公司等单位在理论和应用方面都做了不少工作。东德、苏联、英、法等国也都开展了这方面的研究。
① 易活化，氢的吸储量大；
② 用于储氢时生成热尽量小，而用于蓄热时生成热尽量大；
③ 在一个很宽的组成范围内，应具有稳定合适的平衡分解
④ 氢的俘获和释放速度快；
⑤ 金属氢化物的有效热导率大；
⑥ 在反复吸、放氢的循环过程中，合金的粉化小，性能稳定性好；
⑦ 对不纯物如氧、氮、CO、CO2、水分等的耐中毒能力强；
TiFe是AB型金属间化合物，单元晶胞为CsCl构型，属立方晶系。空间群Pm3m，晶格常数a = 2.976埃。原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸附。TiFe在室温下可与氢反应, 生成氢化物TiFeH1.04(β相)和TiFeH1.95(γ相)。β相为正方晶格，γ相为立方晶格，FeTi合金活化后，能可逆地吸放大量的氢，且氢化物的分解压强仅为几个大气压，很接近工业应用；Fe，Ti元素在自然界中含量丰富，价格便宜，适合在工业中大规模应用。
FeTi吸氢，首先是氢分子被吸附到FeTi表面上，其中一些氢分子离解成氢原子。然后，这些氢原子进人金属晶体，占据晶格间隙。当气压力升高时(通常在某种临界浓度和压力下)，金属被氢饱和而使金属进人一个新相，即氢化物相。如氢压进一步提高，最后都变成金属氢化物相。由于金属晶格中有许多间隙位置，可以高度紧密地容纳大量氢。 但是其缺点是吸氢和放氢循环中具有比较严重的滞后效应。为改善TiFe合金的储氢特性，可用过渡金属Co，Cr，Cu，Mn，Mo，Ni，Nb，V等置换部分铁形成多元合金以实现常温活化。过渡金属的加入，使合金活化性能得到改善，氢化物稳定性增加。
参考文献
（1）大角泰著.金属氢化合物的性质与应用[M].吴永宽译,北京化学工业出版社，1990
（2）刘永平,赵罡,李荣等.储氢合金的开发与应用[J].重庆大学学报,2003
（3）李全安,陈云贵,王丽华.贮氢合金的开发与应用[J ].材料开发与应用, 1999, 14 (3).
（4）刘红,韩莹,程云阶.储氢合金的性质及发展趋势[J ].沈阳航空工业学院学报, 2000, 17 (1）
(4) 制取高纯度氢气：利用含有杂质的氢气与储氢合金接触，氢被吸收，杂质则被吸附于合金表面；除去杂质后，再使氢化物释氢，则得到的是高纯度氢气。
(5) 加氢及脱氢反应催化剂 ：施瓦布（E.Schwab）等发现在TiFe合金中加入少量Ru可使TiFe在合成氨反应中的催化活性提高5倍，活化能从62kJ／mol降至38kJ／mol。此后储氢合金在催化加氢、脱氢反应中的应用引起人们越来越大的兴趣，并得到广泛的研究。
（3）分离、回收氢:工业生产中，有大量含氢的废气排放到空中白白浪费了。如能对其加以分离、回收、利用，则可节约巨大的能源。利用储氢合金分离氢气的方法与传统方法不同，当含氢的混合气体(氢分压高于合金-氢系平衡压)流过装有储氢合金的分离床时，氢被储氢合金吸收，形成金属氢化物，杂质排出；加热金属氢化物，即可释放出氢气。
正在研究和发展中的储氢合金通常是把吸热型的金属（例如铁、锆、铜、铬、钼等）与放热型的金属（例如钛、镧、铈、钽等）组合起来，制成适当的金属间化合物，使之起到储氢的功能。吸热型金属是指在一定的氢压下，随着温度的升高，氢的溶解度增加；反之为放热型金属。储氢合金主要有三大系列：①以LaNi5为代表的稀土系储氢合金系列；②以TiFe为代表的钛系储氢合金；③以Mg2Ni为代表的镁系储氢材料。
结束语
在目前研究的各种储氢材料中，钛铁系储氢合金是主要应用的储氢材料，但其储氢需要较高的温度和压力，且储氢量较低，大规模应用仍然有困难。钛铁系储氢合金结构的纳米化和高催化性能的多元系合金的开发应是今后研究方向。储氢合金进行催化参杂、控制储氢材料的显微结构的研究，对于提高材料的储氢性能以及开发新型复合储氢材料都具有理论和实际意义。
但由于材料中有TiO层形成，使得该材料极难活化，限制了其应用。改善FeTi合金活化性能最有效的途径是合金化和纳米化，在纯Ar气氛下，掺杂少量的Ni，球磨20～30 h后制备的FeTi材料不需活化即可很容易地吸氢；研究还表明用机械压缩和酸、碱等化学试剂表面处理也能改善FeTi合金的活化性能。
钛铁系储氢合金具有的优势如下：
摘要：储氢合金是一种能储存氢气的合金，它所储存的氢的密度大于液态氢，因而被称为氢海绵。而且氢储入合金中时不仅不需要消耗能量，反而能放出热量。储氢合金释放氢时所需的能量也不高，加上工作压力低，操作简便、安全，因此是最有前途的储氢介质。
储氢合金的储氢原理是可逆地与氢形成金属氢化物，或者说是氢与合金形成了化合物，即气态氢分子被分解成氢原子而进入了金属之中。由于氢本身会使材料变质，如氢损伤、氢腐蚀、氢脆等。而且，储氢合金在反复吸收和释放氢的过程中，会不断发生膨胀和收缩，使合金发生破坏，因此，良好的储氢合金必须具有抵抗上述各种破坏作用的能力。
钛铁储氢材料是美国国立布鲁克海文brookhaven实验室的reilly在1974年首先提出来的我国是从1978年开始研究的美国的毕林斯bilings能量公司荷兰的菲利浦斯philips研究室日本的大阪工业技术试验所西德的戴姆勒本茨daimlerbenz公司等单位在理论和应用方面都做了不少工作
钛铁系储氢合金
⑧ 钛铁系储氢合金价格较便宜。
钛铁系储氢合金的应用
（1）作为储运氢气的容器源自文库储氢合金作储氢容器具有重量轻，体积小的优点。用储氢合金储氢。无需高压及储存液氢的极低温设备和绝热措施，节省能量，安全可靠。
（2）氢能汽车：储氢合金作为车辆氢燃料的储存器，目前处于研究试验阶段。主要问题是储氢材料的重量比汽油箱重量大得多，影响汽车速度。但是氢的热效率高于汽油，而且燃烧后无污染，使氢能汽车的前景十分诱人。
（5）闫慧忠.稀土储氢材料的现状及发展趋势.包头稀土研究室,2010