我国稀土储氢材料产业有哪些优势?

最佳答案 匿名用户编辑于2023/03/14 16:46

我国稀土储氢材料产业优势明显,商业化程度高

按结构类型,稀土材料可分为两大类:AB5 型(LaNi5)储氢合金、非 AB5 型稀土系 储氢合金。目前,产业化的储氢材料仍然是 AB5系列,主要用于 Ni/MH 电池的负极材料。

稀土储氢材料目前有 La-Ni 系 AB5 和 La-Mg-Ni 系 AB3.5 两种类型,均已实现了商 业化应用。A 指可与氢形成稳定氢化物的防热型金属,B 指难与氢形成氢化物具有 催化活性的金属。这两类合金 A 侧组成元素为 La、Ce、Pr、Nd、Ti、V、Mg、Ca 等元素,均为氢稳定性元素,吸氢性能优良而放氢性能不好,该元素控制着储氢材 料的储氢量,决定了储氢材料吸氢量的大小;B 侧元素为 Ni、Co、Mn、Fe、Sn、 Al、Si 等元素,均为氢不稳定性元素,放氢性能优良而吸氢性能不好,该元素控制 着储氢材料吸放氢的可逆性,起调节储氢材料生成热和分解压力的作用。 LaNi5 是稀土储氢材料的典型代表。一个 LaNi5 晶胞内,共计可以储存 18 个氢原 子,储氢量的最大质量分数为 1.379%。可见,LaNi5 合金有很多间隙空间固溶大量 的氢,氢化反应较快速且容易。在温度 20℃时,氢分解压仅需几个大气压,吸—放 氢性能很是优良,因而 LaNi5 被认为是应用性能最好的一类储氢合金。

工业生产稀土储氢材料主要有合金熔炼法、化学合成法、物理气相沉积法。合金熔 炼法,采用电弧炉、真空感应炉、高频感应炉等设备,严格按照储氢合金成分配料, 熔炼纯度≥99%的各种合金进行熔炼。通常反应条件在真空 500Pa,充氩气后进行 精炼后,再将熔融合金浇注在水冷铜模中。制得合金锭经破碎后,还要经过机械磨 细,还可以是在高压容器中吸氢粉化后,最后获得小于 300mm 细粉,这便是经过合 金熔炼法制得的储氢材料。化学合成法,以镧镍混合溶液与草酸乙醇溶液反应为例, 生成草酸镧镍共沉淀,经脱水处理后,再加入适量的氢化钙(CaH2),并且在氢气 (H2)氛围中,温度为 950℃进行反应。所得固相产物,先用蒸馏水洗去氢氧化钙 〔Ca(OH)2〕和氧化钙(CaO),再用 8%醋酸洗去残留的微量钙化合物,即制得 LaNi5。 物理气相沉积法,主要是通过溅射或者蒸发等方法,使金属原子和离子能够沉积或 者凝聚。以离子束溅射法为例,将稀土金属磨光和除油后,并将其浸于所要求的一 定浓度硫酸(H2SO4)溶液中,再以电化学活化的金属片作为衬底,由纯镍和混合 稀土金属共同制成溅射靶,然后采用高能量的离子束,对其进行长达 10min 的预溅 射,目的在于彻底清除掉金属表面的氧化物等杂质,然后再继续进行溅射沉积。通 过此法所制得的稀土金属合金薄膜,为非晶态或者微晶结构,该合金薄膜具有极其 优良的电化学稳定性能。同时具有高电流密度下,所具有的强抗氢脆和粉化能力。 通过此法制得稀土储氢合金薄膜,性能指标非常好。通过还原扩散法、铝热法等制 取的稀土储氢材料,其成本大幅度下降,性能指标更好。