人们很早就发现,稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物(REH2),这种氢化物加热到1 000℃以上才会分解,有点类似于“可燃冰”。而在稀土金属中加入某些第二种金属形成合金后,在较低温度下也可吸、放氢气,通常将这种合金称为储氢合金。
LaNi5H5,即LaNi5的合金氢化物,其中氢的密度与液氢密度相当(约为氢气密度的1 000倍)的特点是在20世纪60年代由荷兰菲利浦公司首先发现的,代表着稀土储氢材料进入新纪元。
本世纪以来,在La-Ni二元系稀土储氢材料的基础上正向多元化发展,其性能也偏向于使用。结构决定性质,一般通过改变化合物的元素比来改变其性能,多元化发展是指通过添加或置换不同性能的储氢合金在化合物元素成分上得到改变从而获得不同性能的储氢材料,如以混合稀土元素取代高价铁元素得到混合稀土镍合金;以钕元素代替镧元素获得多元合金抗氧化性能极高的镍氢二次电池。作为储氢材料则需吸、放氢的性能优异,所以在近几十年来发展出金属氢化物储氢材料,且其所属功能齐全。
储氢合金最显著的用途就是制成储氢容器,并且是需要研制大容量的储氢容器。利用镍铝系稀土储氢合金制成的储氢容器,与等容积的高压氢气瓶相比,在一定程度上减轻了容器的质量,其最明显的优势即是容器体积大大减小。(www.daowen.com)
储氢合金还有一特点就是具有良好的提纯效果,在一次吸、放氢的循环中,可使得氢的纯度大大提高。有具体数据显示,在吸进纯度为4位的氢放出之后纯度的有效数字则为7位,且国家正致力于研制高度提纯氢气的装置。
稀土镍氢电池是近几十年来发展的二次电池,因负极用的是稀土镍储氢材料而得名,其具体组成正极为氧化镍或镍,负极稀土为镍储氢材料,是LaNi5型结构,其电解液为KOH溶液。LaNi5作为负极材料时因为在碱性溶液中发生可逆的电化学反应大量吸放氢气,从而实现镍氢二次电池的充、放电,且此过程中不产生如水类活性物质的转化。
稀土储氢电池具有高容量、能够快速充电、没有记忆效应等优点。21世纪以来有专家学者发现在混合稀土镍氢合金中,加入锰可扩大储氢材料的晶格和吸氢能力,合金性能大为提高。
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