一种新的基于TiMgLi的复合合金(CCAs)家族具有极低的合金密度,并且在室温下具有相当大的储氢能力[Shang等人,Materials,https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.06.012]。
氢是向可持续低碳能源过渡的关键部分,在交通运输方面尤其具有吸引力。然而,氢的实际部署依赖于固态存储介质。目前,金属或合金用于储氢,因为它们易于合成,适合大规模应用。
Helmholtz-Zentrum hereon GmbH氢技术研究所的Claudio Pistidda说:"尽管传统的金属氢化物在储存氢方面有好处,但能量密度和热力学稳定性之间的良好平衡仍然难以实现。"
因此,Pistidda与材料力学研究所、湖南大学、萨萨里大学、DESY、北京科技大学和赫尔穆特-施密特大学的同事一起,设计了一系列低密度、超轻量化的CCAs,在室温下具有高储氢能力。CCAs是一种新的合金家族,它含有几种主要元素,大约等摩尔量。
研究人员选择了Ti(钛)、Mg(镁)和Li(锂)作为对氢具有高亲和力的轻质材料,同时选择了V(钒),因为它具有快速的氢动力学和在中等条件下吸收氢的能力,以及Fe(铁),因为它具有快速脱氢动力学和丰度。
Pistidda解释说:“通过计算机模拟和实验,我们探索了不同的成分,并创造了几种具有有史以来最高储氢能力的超轻合金。调整合金成分就可以调整材料的储氢性能。”
该团队使用球磨技术制备了TiVFeMgLi、TiVFeMg和TiVMgLi合金,在50°C和100bar条件下,储氢容量高达2.62wt%。采用多主体轻元素合金化的方法,也能生产出合金密度创历史新低的材料。
利用原位同步辐射的粉末X射线衍射测量和动力学模型对新型CCAs进行分析表明,与单相材料相比,合金的多相更容易实现大的储氢能力。
“我们已经开发出了基于TiMgLi的CCAs,在室温下,它比一些最常用的储氢材料能多储存30%以上的氢,”Pistidda说,“(而且它们)比纯Mg(世界上最轻的实用材料)只重1g/cm3。”
研究小组认为,这种合金可以成为未来储氢设施的基石,并具有大规模生产的潜力。
(原文来自:氢能新闻 全球氢能网、新能源网综合) |