稀土系儲(chǔ)氫合金吸放氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試方法

GB/T××××—××××PAGE6稀土系儲(chǔ)氫合金吸/放氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試方法警告——使用本標(biāo)準(zhǔn)的人員應(yīng)具備正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本標(biāo)準(zhǔn)并未指出所有可能的安全問題。使用者應(yīng)具有一定的專業(yè)知識(shí)和技能并充分認(rèn)識(shí)到不當(dāng)?shù)牟僮骺赡芤鸬臍怏w泄漏、電流泄漏、火災(zāi)或其他嚴(yán)重后果。1范圍本文件規(guī)定了稀土系儲(chǔ)氫合金吸放/氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能的測(cè)試方法。本文件適用于稀土系儲(chǔ)氫合金的吸/放氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)試，測(cè)試溫度范圍：25℃~300℃，環(huán)境溫度范圍23℃±3℃，測(cè)試壓力范圍：0.001MPa~10MPa。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T678化學(xué)試劑乙醇（無水乙醇）GB/T3634.2氫氣第2部分：純氫、高純氫和超純氫GB/T4844純氦、高純氦和超純氦GB4962氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程GB/T6003.1試驗(yàn)篩技術(shù)要求和檢驗(yàn)第一部分:金屬絲編織網(wǎng)試驗(yàn)篩GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1儲(chǔ)氫合金吸/放氫反應(yīng)Hydrogenabsorption/desorptionreactionofhydrogenstoragealloy儲(chǔ)氫合金在一定溫度下氫化時(shí)，首先隨著氫壓力的增加，形成固溶體α相；氫固溶體飽和后，開始形成金屬氫化物相（β相），存在α相和β相的兩相組織，理論上氫壓力保持不變；吸氫過程結(jié)束后，形成β單相，繼續(xù)吸氫，壓力快速增加。放氫是吸氫的逆反應(yīng)過程。3.2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能Reactionkineticsproperty在一定的溫度和壓力下，用單位時(shí)間內(nèi)吸/放氫量來表示其動(dòng)力學(xué)性能，主要取決于儲(chǔ)氫合金的表面催化活性、儲(chǔ)氫合金中的氫擴(kuò)散速度、氫化物的生成速度和材料的導(dǎo)熱特性。3.3吸氫過程樣品室初始平衡壓力Initialequilibriumpressureofsamplechamberduringhydrogenabsorption在進(jìn)行吸氫動(dòng)力學(xué)測(cè)試時(shí)需向系統(tǒng)內(nèi)充入一定壓力的氫氣，然后將系統(tǒng)和樣品室連通，在系統(tǒng)和樣品室連通且樣品未吸氫時(shí)樣品室的壓力稱為吸氫過程樣品室初始平衡壓力。測(cè)試樣品吸氫動(dòng)力學(xué)時(shí)吸氫過程樣品室初始平衡壓力必須高于樣品的吸氫平臺(tái)壓力。3.4放氫過程樣品室初始平衡壓力Initialequilibriumpressureinsamplechamberduringhydrogendesorption在進(jìn)行放氫動(dòng)力學(xué)測(cè)試前，需將系統(tǒng)抽真空，然后將系統(tǒng)和樣品室連通，在系統(tǒng)和樣品室連通后且樣品未放氫時(shí)樣品室的壓力稱為放氫過程樣品室初始平衡壓力。測(cè)試樣品放氫動(dòng)力學(xué)時(shí)放氫過程樣品室初始平衡壓力必須低于樣品的放氫平臺(tái)壓力。3.5系統(tǒng)初始?jí)毫nitialsystempressure在進(jìn)行吸氫動(dòng)力學(xué)測(cè)試前需向系統(tǒng)內(nèi)充入一定壓力的氫氣，該壓力稱為系統(tǒng)初始?jí)毫Α?方法提要特定溫度條件下，在一定容積的樣品室中使得氫氣與恒溫金屬試樣接觸，壓力平衡過程中根據(jù)氣體壓力的變化量計(jì)算吸氫量，記錄吸氫量隨時(shí)間的變化速率得到吸氫動(dòng)力學(xué)性能。在規(guī)定的溫度條件下，將吸氫飽和的試樣與系統(tǒng)連通放氫，壓力平衡過程中根據(jù)氣體壓力的變化量計(jì)算放氫量，記錄放氫量隨時(shí)間的變化速率得到放氫動(dòng)力學(xué)性能。5試劑5.1氫氣：體積分?jǐn)?shù)≥99.999%。5.2氦氣：體積分?jǐn)?shù)≥99.999%。5.3無水乙醇：分析純。6儀器設(shè)備6.1天平：分度值不大于0.1mg。6.2壓力-組成等溫線（PCT）測(cè)試儀測(cè)試壓力精度：±0.04%。溫度控制精度：±0.1℃。系統(tǒng)體積：70±10立方厘米（cm3）。樣品室體積：6±1.5立方厘米（cm3）。壓力-組成等溫線（PCT）測(cè)試儀構(gòu)造圖如下：儲(chǔ)氫瓶?jī)?chǔ)氫瓶系統(tǒng)樣品室高壓表低壓表低壓閥總閥開關(guān)閥真空閥氫氣閥室外試樣閥循環(huán)水放空閥室外大氣加熱爐真空泵圖1PCT測(cè)試儀構(gòu)造圖6.3試驗(yàn)篩：50目，孔徑0.282mm。7樣品稀土系儲(chǔ)氫合金破碎后過50目試驗(yàn)篩（6.3），獲得粒徑≤0.282mm的儲(chǔ)氫合金樣品。8試驗(yàn)步驟8.1試樣準(zhǔn)備將樣品室用無水乙醇（5.3）清洗干凈并晾干，稱取樣品（7）1.000g±0.200g裝入樣品室，將樣品室擰緊，待用。8.2設(shè)備氣密性檢測(cè)將樣品室和系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa，對(duì)其進(jìn)行充氫直至壓力達(dá)到6MPa，保持壓力5min，高壓表讀數(shù)不變即可。8.3樣品室體積測(cè)定8.3.1將樣品室與系統(tǒng)卸壓，并將樣品室穩(wěn)定在設(shè)定溫度。8.3.2對(duì)樣品室和系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa且讀數(shù)不再變化，記錄樣品室壓力Pr1。8.3.3關(guān)閉試樣閥，向系統(tǒng)內(nèi)緩慢充入氫氣（氦氣或氬氣），使系統(tǒng)壓力增加0.1MPa，記錄系統(tǒng)壓力Pd1；打開試樣閥，穩(wěn)定后記錄樣品室壓力Pr2。8.3.4重復(fù)8.3.3操作5~7次，得到Pri（i=1，2，3，……）Pdi（i=1，2，……），根據(jù)公式1計(jì)算得到5~7個(gè)樣品室體積V2，對(duì)得到的5~7個(gè)樣品室體積V2取平均值。………………（1）式中：V2—樣品室容積，單位為立方厘米（cm3）。V1—系統(tǒng)體積，單位為立方厘米（cm3）。Pdi—系統(tǒng)壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。Pri—樣品室壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。8.4樣品活化8.4.1將樣品室和系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa，再將樣品室升溫至150℃，繼續(xù)抽真空30min，然后將樣品室溫度降低至40℃。8.4.2關(guān)閉試樣閥，對(duì)系統(tǒng)充氫至6MPa，打開試樣閥使樣品與氫氣進(jìn)行充分反應(yīng)，保持20min。8.4.3關(guān)閉試樣閥，對(duì)系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa，再打開試樣閥使樣品放氫，保持20min。8.4.4將樣品室升溫至150℃，繼續(xù)抽真空30min，然后將樣品室溫度降低至40℃完成樣品一次活化。注：活化的最大吸氫量與相同溫度和壓力條件下PCT曲線的最大吸氫量一致，可認(rèn)定樣品完全活化?；罨拇螖?shù)和溫度取決于樣品特性，必須保證樣品活化。8.5吸氫動(dòng)力學(xué)測(cè)試8.5.1將樣品室穩(wěn)定在要求的測(cè)試溫度。8.5.2對(duì)樣品室和系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa。8.5.3對(duì)系統(tǒng)充氫至系統(tǒng)初始?jí)毫1，系統(tǒng)初始?jí)毫1根據(jù)吸氫過程樣品室初始平衡壓力P2（吸氫過程樣品室初始平衡壓力P2須大于樣品吸氫平臺(tái)壓力P吸）、系統(tǒng)體積V1和樣品室體積V2采用公式2進(jìn)行計(jì)算。………………（2）式中：P1-系統(tǒng)初始?jí)毫?，單位為兆帕斯卡（MPa）。P2-吸氫過程樣品室初始平衡壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。V1-系統(tǒng)體積，單位為立方厘米（cm3）。V2-樣品室體積，單位立方厘米（cm3）。8.5.4打開試樣閥，氫氣與樣品發(fā)生反應(yīng)，儀器自動(dòng)記錄壓力和吸氫量隨時(shí)間的變化，繪制吸氫量與時(shí)間的變化曲線。8.5.5測(cè)試結(jié)束后關(guān)閉試樣閥。8.6放氫動(dòng)力學(xué)測(cè)試8.6.1吸氫結(jié)束后，將樣品室穩(wěn)定在要求的測(cè)試溫度，記錄吸氫后樣品室壓力。8.6.2根據(jù)吸氫后樣品室壓力P3、系統(tǒng)體積和樣品室體積，采用公式3計(jì)算放氫過程樣品室初始平衡壓力P4?！?）式中：P3-吸氫后樣品室壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。P4-放氫過程樣品室初始平衡壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。V1-系統(tǒng)體積，單位為立方厘米（cm3）。V2-樣品室體積，單位立方厘米（cm3）。若放氫過程樣品室初始平衡壓力P4低于樣品的放氫平臺(tái)壓力P放，進(jìn)行8.6.3之后的操作；若放氫過程樣品室初始平衡壓力P4高于樣品的放氫平臺(tái)壓力P放，則需將吸氫后樣品室壓力P3調(diào)低后重新計(jì)算放氫過程樣品室初始平衡壓力P4直至其低于樣品的放氫平臺(tái)壓力P放后進(jìn)行8.6.3之后的操作。8.6.3對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空至不高于0.001MPa。8.6.4打開試樣閥，使樣品室與系統(tǒng)連通，樣品開始放氫，記錄壓力和放氫量隨時(shí)間的變化，繪制放氫量與時(shí)間的變化曲線。8.6.5測(cè)試結(jié)束后對(duì)樣品室和系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa。8.6.6測(cè)試結(jié)束后關(guān)閉試樣閥。8.7試驗(yàn)結(jié)果表示8.7.1吸氫動(dòng)力學(xué)性能結(jié)果表示在獲得的吸氫量與時(shí)間的變化曲線（8.5）上讀取最大吸氫量90%的吸氫量W吸0.9和達(dá)到最大吸氫量90%吸氫量的時(shí)間t，并通過公式4計(jì)算最大吸氫量90%的吸氫速率Ra，吸氫速率Ra表示儲(chǔ)氫合金的吸氫動(dòng)力學(xué)性能。……………………（4）式中：Ra——吸氫速率，單位為（wt%s-1）。W吸0.9—最大吸氫量90%的吸氫量，單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（wt%）。t——吸氫時(shí)間，單位為秒（s）。8.7.2放氫動(dòng)力學(xué)性能結(jié)果表示在獲得的放氫量與時(shí)間的變化曲線（8.6）上讀最大放氫量90%的放氫量取W放0.9和達(dá)到最大放氫量90%的時(shí)間t，并通過公式5計(jì)算最大放氫量90%的放氫速率Rd，放氫速率Rd表示儲(chǔ)氫合金的放氫動(dòng)力學(xué)性能?！?）式中：Rd——放氫速率，單位為（wt%s-1）。W放0.9—最大放氫量90%的放氫量，單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（wt%）。t——放氫時(shí)間，單位為秒（s）。9精密度9.1重復(fù)性在文件規(guī)定的測(cè)試范圍內(nèi)獲得的重復(fù)性限（r）如下。表1樣品類型平臺(tái)壓力范圍測(cè)試溫度重復(fù)性限（r）吸氫速率高平臺(tái)型1~5MPa40℃1.01554*10-3wt%s-1中平臺(tái)型0.1~1MPa40℃0.8106*10-3wt%s-1低平臺(tái)型0.01~0.1MPa150℃13.07798*10-3wt%s-1超低平臺(tái)型0.001~0.01MPa200℃4.02744*10-3wt%s-1放氫速率高平臺(tái)型1~5MPa40℃0.71766*10-3wt%s-1中平臺(tái)型0.1~1MPa40℃0.4822*10-3wt%s-1低平臺(tái)型0.01~0.1MPa150℃1.48386*10-3wt%s-1超低平臺(tái)型0.001~0.01MPa200℃0.27112*10-3wt%s-19.2允許差實(shí)驗(yàn)室之間分析結(jié)果的差值應(yīng)不大于表2所列允許差表2樣品類型平臺(tái)壓力范圍測(cè)試溫度再現(xiàn)性限（R）吸氫速率高平臺(tái)型1~5MPa40℃2.11269*10-3wt%s-1中平臺(tái)型0.1~1MPa40℃1.0451*10-3wt%s-1低平臺(tái)型0.01~0.1MPa150℃18.8942*10-3wt%s-1超低平臺(tái)型0.001~0.01MPa