储氢合金中氢致非晶化的研究进展

董小平^1,2,3，陈亚方^1,3，苏建文^1,2，高腾远^1,2，马玉蕊^1,3，李旭^1,3

1. 河北大学机械设计制造及其自动化系3. 计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心

摘 要：储氢合金被认为是一种良好的储氢介质其循环过程中的高吸放氢量更是学者们的研究重点。但储氢合金中的储氢容量不可避免会发生衰减其衰减机理主要有:合金颗粒粉化、电化学腐蚀与氧化以及氢致非晶化（HIA）。其中,HIA发生于含Lave相的AB₂型合金氢化物或Lave相为子单元的AB_3～3.8型稀土镍系合金氢化物中。影响HIA发生的因素主要有氢浓度、氢压力、温度、循环次数、物相类型。当氢浓度较低时,合金吸氢发生部分HIA;随着氢浓度的增加,氢化物发生HIA程度严重。HIA发生与氢压、温度的临界值有关,高于临界值时,HIA现象严重,低于临界值时,非晶与晶态氢化物共存。随着循环次数的增加,HIA现象严重,这直接降低了合金的放氢效率。有研究者指出,可通过调整物相改善合金的吸放氢性能。采用Mg、Pr、Sm和Co、Mn、Cu、Fe、Al分别部分替代RENi₂（RE=稀土）合金中RE和Ni,虽然形成的合金吸氢时仍会发生HIA,但其吸放氢性能得到显著改善。这是因为经调整的合金由单一的AB₂型Laves相转变为AB₂型Laves相和CaCu₅型AB₅相混合物相AB₂相吸氢时会发生HIA,而AB₅相则始终为晶态不发生HIA。随着循环次数的增加,Fe、Mn、Si等元素部分替代Ni后合金发生HIA的速率不同。AB₂或含AB₂子单元的物相吸氢发生HIA由易到难的顺序为（La,Mg） Ni₂>（La,Mg） Ni₃>（La,Mg）₂Ni₇>（La,Mg）₅Ni₁₉。为了延缓或抑制HIA的发生,可以从适量合金元素替代、增大AB₅结构层比例或含量、合金氢化物的再结晶等角度进行研究。本文归纳了AB₂型或含AB₂相子单元的合金吸氢发生HIA的研究进展,分别对发生HIA的必要条件、影响因素、现象与原因等进行了介绍提出了HIA的延缓措施并展望了其应用前景,以期为研制出长寿命、高容量的储氢合金提供参考。

关键词：储氢合金;金属氢化物;AB₂结构单元;氢致非晶化;