GBT 42656-2023 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（正式版）

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2023-08-06發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC229)提出并歸口。本文件起草單位：包頭稀土研究院、鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院、安泰環(huán)境工程技術(shù)有限公司、中稀(微山)稀土新材料有限公司、中國(guó)科學(xué)院江西稀土研究院、虔東稀土集團(tuán)股份有限公司、內(nèi)蒙古稀奧科貯氫合金有限公司、國(guó)標(biāo)(北京)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司、有研工程技術(shù)研究院有限公司、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司。1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——使用本文件的人員應(yīng)具備正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問(wèn)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。本文件描述了稀土系儲(chǔ)氫合金吸/放氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能的測(cè)試方法。本文件適用于采用體積法進(jìn)行稀土系儲(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～5MPa。5MPa～10MPa稀土系儲(chǔ)氫合金的測(cè)試可參照本文件進(jìn)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)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(wú)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GB/T6379.2測(cè)量方法與結(jié)果的準(zhǔn)確度(正確度與精密度)第2部分：確定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法重復(fù)性與再現(xiàn)性的基本方法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。儲(chǔ)氫合金吸氫反應(yīng)hydrogenabsorptionreactionofhydrogenstoragealloy儲(chǔ)氫合金在一定溫度下與氣體氫發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)相變形成金屬氫化物的過(guò)程。注：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(kāi)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(guò)程結(jié)束后，形成β單相，繼續(xù)吸氫，壓力快速增加。儲(chǔ)氫合金放氫反應(yīng)hydrogendesorptionreactionofhydrogenstoragealloy儲(chǔ)氫合金在吸氫反應(yīng)形成金屬氫化物后，在一定溫度下，通過(guò)相變釋放氣體氫的過(guò)程。注：放氫是吸氫的逆反應(yīng)過(guò)程。2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能reactionkineticsperformance在一定的溫度和壓力下，單位時(shí)間內(nèi)吸/放氫的量。注：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。測(cè)試儀中用于使樣品與氫氣反應(yīng)的腔室。注：通過(guò)試樣閥與測(cè)試儀的其他腔室分隔開(kāi)。吸氫動(dòng)力學(xué)測(cè)試時(shí)，在打開(kāi)試樣閥使氫氣充入樣品室與樣品進(jìn)行反應(yīng)前，先充入一定量氫氣的固定吸氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力initialequilibriumpressureofsamplechamberduringhydrogenab-在系統(tǒng)和樣品室連通且樣品未吸氫時(shí)樣品室的壓力。注：測(cè)試樣品吸氫動(dòng)力學(xué)時(shí)吸氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力高于樣品的吸氫平臺(tái)壓力。放氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力initialequilibriumpressureinsamplechamberduringhydrogende-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。注：測(cè)試樣品放氫動(dòng)力學(xué)時(shí)放氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力低于樣品的放氫平臺(tái)壓力。系統(tǒng)初始?jí)毫nitialsystempressure在進(jìn)行吸氫動(dòng)力學(xué)測(cè)試前向系統(tǒng)內(nèi)充入一定量氫氣的壓力。4方法提要在要求的測(cè)試溫度下，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(guò)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。在要求的測(cè)試溫度下，將吸氫飽和的試樣與系統(tǒng)連通放氫，壓力平衡過(guò)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試劑除非另有說(shuō)明，在分析中僅使用確認(rèn)為分析純的試劑。5.3氬氣：GB/T4842,體積分?jǐn)?shù)≥99.99%。36儀器設(shè)備分度值不大于0.0001g。6.2壓力-組成等溫線(PCI)測(cè)試儀測(cè)試壓力精度：±0.04%。溫度控制精度：±0.1℃。樣品室體積：6cm3±1.5cm3,系統(tǒng)體積與樣品室體積比例范圍宜為8.5:1～15.0:1。壓力-組成等溫線(PCI)測(cè)試儀構(gòu)造如圖1所示。低壓表試樣閥低壓閥總閥系統(tǒng)放空閥室外室外大氣真空閥高壓表真空泵儲(chǔ)氫瓶循環(huán)水加熱爐圖1PCI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(guò)50目試驗(yàn)篩(6.3),獲得粒徑不大于0.282mm的儲(chǔ)氫合金樣品。8試驗(yàn)步驟將樣品室用無(wú)水乙醇(5.4)清洗干凈并晾干，稱取1.000g±0.200g樣品(第7章)裝入樣品室，將樣8.2平行試驗(yàn)稱取兩份試樣(8.1)進(jìn)行平行測(cè)定。4GB/T42656—20238.3設(shè)備氣密性檢測(cè)將樣品室與系統(tǒng)連接，然后向PCI測(cè)試儀充入設(shè)備允許的最大壓力的氫氣(5.1)[氦氣(5.2)或氬氣(5.3)],確認(rèn)測(cè)試儀器無(wú)氣體泄漏(泄漏率不大于1×10-°g·s-1)。8.4樣品室體積測(cè)定8.4.1將樣品室與系統(tǒng)卸壓，并將樣品室穩(wěn)定在要求的測(cè)試溫度。8.4.2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P?。8.4.3關(guān)閉試樣閥，向系統(tǒng)內(nèi)緩慢充入氦氣(5.2)或氬氣(5.3),使系統(tǒng)壓力增加0.1MPa,記錄系統(tǒng)壓力Pa;打開(kāi)試樣閥，穩(wěn)定后記錄樣品室壓力P?。8.4.4重復(fù)8.4.3操作5次～7次，得到P(i=1,2,3,…)Pa(i=1,2,…)。樣品室體積V?按公式(1)計(jì)算：………(1)式中：V?——樣品室體積，單位為立方厘米(cm3);Pu;——系統(tǒng)壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);P——樣品室壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);V?——系統(tǒng)體積，單位為立方厘米(cm3)。結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，數(shù)值修約按照GB/T8170規(guī)定執(zhí)行。8.5樣品活化8.5.1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℃。8.5.2關(guān)閉試樣閥，對(duì)系統(tǒng)充氫氣至6MPa,打開(kāi)試樣閥使樣品與氫氣進(jìn)行充分反應(yīng)，每分鐘壓力變化小于0.001MPa停止吸氫。8.5.3關(guān)閉試樣閥，對(duì)系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa,再打開(kāi)試樣閥使樣品放氫，每分鐘壓力變化小于0.001MPa停止放氫。8.5.4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。8.6吸氫動(dòng)力學(xué)測(cè)試8.6.1將樣品室穩(wěn)定在要求的測(cè)試溫度。8.6.2對(duì)樣品室和系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa。8.6.3系統(tǒng)初始?jí)毫,按公式(2)計(jì)算：式中：P?——系統(tǒng)初始?jí)毫?，單位為兆帕斯?MPa);P?——吸氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);V?——系統(tǒng)體積，單位為立方厘米(cm3);……5GB/T42656—2023V?——樣品室體積，單位立方厘米(cm3)。結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，數(shù)值修約按照GB/T8170規(guī)定執(zhí)行。8.6.4打開(kāi)試樣閥，氫氣與樣品發(fā)生反應(yīng)，儀器自動(dòng)記錄壓力隨時(shí)間的變化，繪制吸氫量與時(shí)間的變化曲線。吸氫量W。按公式(3)計(jì)算：………………W?——樣品的吸氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),%;P?——吸氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);P?——吸氫后樣品室壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);V?——系統(tǒng)體積，單位為立方厘米(cm3);V?—-樣品室體積，單位為立方厘米(cm3);M?——?dú)錃饽栙|(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol);m——樣品量，單位為克(g);R——摩爾氣體常數(shù)，取8.314,單位為焦耳每摩爾開(kāi)爾文[J/(mol·K)];結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，數(shù)值修約按照GB/T8170規(guī)定執(zhí)行。8.6.5測(cè)試結(jié)束后關(guān)閉試樣閥。8.7放氫動(dòng)力學(xué)測(cè)試8.7.1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P?。8.7.2放氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力P?按公式(4)計(jì)算：式中：P?——樣品室初始平衡壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);P?——吸氫后樣品室壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);V?——樣品室體積，單位立方厘米(cm3);V?——系統(tǒng)體積，單位為立方厘米(cm3)。結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，數(shù)值修約按照GB/T8170規(guī)定執(zhí)行。若放氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力P?低于樣品的放氫平臺(tái)壓力，進(jìn)行8.7.3之后的操作；若放氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力P?高于樣品的放氫平臺(tái)壓力，則應(yīng)將吸氫后樣品室壓力P?調(diào)低后重新計(jì)算放氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力P?,直至其低于樣品的放氫平臺(tái)壓力后，再進(jìn)行8.7.3之后的操作。8.7.3對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空至不高于0.001MPa。8.7.4打開(kāi)試樣閥，使樣品室與系統(tǒng)連通，樣品開(kāi)始放氫，記錄壓力隨時(shí)間的變化，繪制放氫量與時(shí)間的變化曲線。放氫量W?按公式(5)計(jì)算：W?——樣品的放氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),%;P?——放氫過(guò)程樣品室初始平衡壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);P?——放氫后樣品室壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);V?——系統(tǒng)體積，單位為立方厘米(cm3);6GB/T42656—2023V?——樣品室體積，單位為立方厘米(cm3);M——?dú)錃饽栙|(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mR——摩爾氣體常數(shù)，取8.314,單位為焦耳每摩爾開(kāi)爾文[J/(mol·K)];T?——放氫反應(yīng)溫度，單位為開(kāi)爾文(K)。結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，數(shù)值修約按照GB/T8170規(guī)定執(zhí)行。8.7.5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。8.7.6測(cè)試結(jié)束后關(guān)閉試樣閥。8.8試驗(yàn)結(jié)果8.8.1吸氫動(dòng)力學(xué)性能結(jié)果達(dá)到最大吸氫量60%和最大吸氫量90%之間的吸氫速率R。以百分每秒(%·s-1)計(jì)，按公式(6)R?！_(dá)到最大吸氫量60%和最大吸氫量90%之間的吸氫速率，單位為百分每秒(%·s-1);Wg最大吸氫量90%的吸氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),吸氫量與時(shí)間的變化曲線(8.6.4)上讀取，%;Wa最大吸氫量60%的吸氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),吸氫量與時(shí)間的變化曲線(8.6.4)上讀取，%;ts。——達(dá)到最大吸氫量90%吸氫量的時(shí)間，吸氫量與時(shí)間的變化曲線(8.6.4)上讀取，單位為秒tao.g——達(dá)到最大吸氫量60%吸氫量的時(shí)間，吸氫量與時(shí)間的變化曲線(8.6.4)上讀取，單位為秒結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，數(shù)值修約按照GB/T8170規(guī)定執(zhí)行。8.8.2放氫動(dòng)力學(xué)性能結(jié)果達(dá)到最大放氫量60%和最大放氫量90%之間的放氫速率R?以百分每秒(%·s-1)計(jì)，按公式(7)式中：R?——達(dá)到最大放氫量60%和最大放氫量90%之間的放氫速率，單位為百分每秒(%·s-1);Waog——最大放氫量90%的放氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),從放氫量與時(shí)間的變化曲線(8.7.4)上讀取，%;Wans——最大放氫量60%的放氫量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),從放氫量與時(shí)間的變化曲線(8.7.4)上讀取，%;tang——達(dá)到最大放氫量90%放氫量的時(shí)間，從放氫量與時(shí)間的變化曲線(8.7.4)上讀取，單位為tao.s——達(dá)到最大放氫量60%放氫量的時(shí)間，從放氫量與時(shí)間的變化曲線(8.7.4)上讀取，單位為秒(s)。結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，數(shù)值修約按照GB/T8170規(guī)定執(zhí)行。79精密度9.1重復(fù)性在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測(cè)試結(jié)果的測(cè)定值的差值不超過(guò)重復(fù)性限(r),超過(guò)重復(fù)性限(r)的情況不超過(guò)5%,重復(fù)性限(r)使用表1的測(cè)試溫度下測(cè)得的數(shù)據(jù)按照GB/T6379.2的規(guī)定求得。表1不同類型樣品的重復(fù)性限動(dòng)力學(xué)性能平臺(tái)壓力范圍測(cè)試溫度℃重復(fù)性限(r)吸氫速率R。放氫速率Ra