储氢合金:钛系储氢合金

钛系储氢合金(titanium base hydrogen storage alloy)

能在一定条件下反复吸、放氢的合金。是功能钛合金的一种。由于氢呈原子状态储存于金属间化合物的间隙中，储氢量很大，是材料本身体积的1000～1300倍，体积氢原子密度大于液氢，氢含量为1.6％～2.0％。

分类   最常用的是钛铁，正在研究开发和应用的有：钛锰、钛镍、钛铬、钛锆、铬锰系等合金。它们都是脆性金属问化合物，使用寿命可达25000次循环以上，并保持性能基本不变，但反复循环吸、放氢后有粉化现象。

钛铁储氢材料属体心立方氯化铯结构，是20世纪70年代初由美国人锐利(J．J．Reilly´)首次试制成功的，其熔点为1320℃，密度为5.8～6.1g／cm³，吸氢后体积膨胀率约为14％。膨胀率比其他储氢材料小，但成本低，便于大量推广。为了改善性能并易于活化，随后又发展了钛铁锰储氢材料，如Ti₄₄Fe₅₁Mn₅，它可在室温条件下活化，克服了需高温(300～400℃)、高真空(0.01333Pa以下)才能活化的缺点。可在2.5～3.0MPa氢压下吸氢，放氢平衡压为0.2～0.8MPa(20℃)。由于吸氢可逆，而吸收其他气体不放出，吸氢后经排气操作，即可得到99．9999％的超高纯氢。为防止中毒、延长使用寿命，吸氢时的氢气纯度要求在99％以上。使用多次后，如有吸氢能力衰减现象，可通过再生处理以恢复其吸氢能力。已制成超高纯氢的储氢净化罐，并在半导体生产、气相色谱载气、氢能汽车、储热技术等方面得到实际应用。美国科学院的比林斯(R．E．Billings’)博士，于1992年发明的燃料电池汽车，使用了钛铁锰合金储氢罐用以储氢，一次充氢可行驶500km以上，每台轿车用钛铁锰合金125kg，计划在1998年后实现商业化生产。由于钛铁储氢罐比较安全，即使被穿甲弹打穿，也不会起火爆炸，因此，用这种方式储氢比较合适。

钛锆储氢材料如Ti_0.8Zr_0.2CrMn_`Ti_0.98Zr_0.02V_0.43Fe_0.09Cr_0.05Mn_1.5，是德国金属氢化物技术公司(}tWT)的新产品，该公司已制成可储氢2000m³的大储氢罐，供中长距离储氢使用。利用合金储氢后随温度升高氢平衡压也升高的特性，可制成无传动部件的氢压缩机、低温致冷机、空调机、电冰箱、热泵等，中国也对此类材料研究多年，如用钛锆系Laves相合金和其他储氢材料制成超低温(25K)致冷机、氢压缩机、储氢罐等。

应用   储氢合金在日本、美国、德国等国家均属重要研究领域，近2年储氢合金制成的镍氢电池已开始形成商品化的高技术产品，具有使用寿命长、电容量高的特点。由钛系储氢合金制成的负极，则更是容量高，适于制成大容量电池。日本还利用钛系储氢合金制成热泵，每台使用合金1～2t´，同时还利用储氢合金开发机器人驱动装置等。在开发清洁能源、电动车等方面，钛系储氢合金将会有巨大的市场需求。