《稀土系儲(chǔ)氫合金吸放氫反應(yīng)循環(huán)壽命測試方法》

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX—202X

稀土系儲(chǔ)氫合金吸放氫反應(yīng)

循環(huán)壽命測試方法

Testmethodforcyclelifeofhydrogenabsorptiondesorptionof

rareearthbasedhydrogenstoragealloys

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX—202X

稀土系儲(chǔ)氫合金吸/放氫反應(yīng)循環(huán)壽命測試方法

1范圍

本文件規(guī)定了稀土系儲(chǔ)氫合金吸/放氫反應(yīng)循環(huán)壽命測試方法。

本文件適用于放氫平臺(tái)壓力為0.1Mpa~5MPa的稀土系儲(chǔ)氫合金錠和儲(chǔ)氫合金粉的吸/放氫反應(yīng)循環(huán)

壽命測試，其它平臺(tái)壓力的樣品可參照本文件執(zhí)行。

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）

GB4962氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程

GB/T3634.2氫氣第2部分：純氫、高純氫和超純氫

GB/T4484純氦、高純氦核超純氦

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

GB/T29918稀土系儲(chǔ)氫合金壓力-組成等溫線（PCI）的測試方法

3術(shù)語和定義

3.1

定義1definition1

儲(chǔ)氫合金吸氫反應(yīng)hydrogenabsorptionanddesorptionofhydrogenstoragealloy

儲(chǔ)氫合金在一定溫度下與氣體氫發(fā)生反應(yīng)，通過相變形成金屬氫化物的過程。

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。

3.2

定義2definition2

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，通過相變釋放氣體氫的過程。

注：放氫是吸氫的逆反應(yīng)過程。

3.3

定義3definition3

循環(huán)穩(wěn)定性cyclestability

在一定的溫度和壓力條件下，儲(chǔ)氫合金在吸/放氫一定循環(huán)次數(shù)后的容量保持率稱為儲(chǔ)氫合金的循環(huán)穩(wěn)

定性。

1

T/CSTMXXXXX—202X

3.4

定義4definition4

活化activation

儲(chǔ)氫合金經(jīng)過幾次吸/放氫后達(dá)到最大吸氫量的過程。

3.5

定義5definition5

吸氫過程樣品室初始平衡壓力initialequilibriumpressureofsamplechamberduringhydrogenabsorption

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：測試樣品循環(huán)壽命時(shí)吸氫過程樣品室初始平衡壓力須高于樣品的吸氫平臺(tái)壓力。

4方法提要

稀土系儲(chǔ)氫合金吸/放氫循環(huán)壽命采用的是等溫定容法，儲(chǔ)氫合金活化后進(jìn)行吸/放氫循環(huán)測試，循環(huán)至

一定次數(shù)后測試儲(chǔ)氫合金的吸氫容量，循環(huán)后吸氫容量與最大吸氫容量的比值為容量保持率，通常用容量保

持率表示儲(chǔ)氫合金吸/放氫反應(yīng)循環(huán)壽命。

5試劑及材料

除另有說明，在分析中僅使用確認(rèn)為分析純的試劑。

5.1氫氣：GB/T3634.2，高純氫，體積分?jǐn)?shù)≥99.999%。

5.2氦氣：GB/T4844，高純氦，體積分?jǐn)?shù)≥99.999%。

5.3氬氣：GB/T4842，體積分?jǐn)?shù)≥99.99%。

5.4無水乙醇：GB/T678。

6儀器設(shè)備

6.1天平

分度值不大于0.0001g。

6.2循環(huán)壽命測試系統(tǒng)

測試壓力精度：±0.04%

溫度控制精度：±0.1℃

6.3測試系統(tǒng)示意圖

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氫氣閥

低壓表循環(huán)水

儲(chǔ)

氫試樣閥

低壓閥

瓶樣品室

開關(guān)閥總閥

系統(tǒng)加熱爐

放空閥

室外

室外大氣

真空閥

高壓表

真空泵

7測試步驟

7.1試樣

7.1.1合金錠試樣

取儲(chǔ)氫合金錠試樣，首先除去合金錠表面的氧化層，然后將其破碎后過試驗(yàn)篩，取適量300μm（48目）

-1700μm（12目）的試樣備用。其中試驗(yàn)篩的篩孔尺寸符合GB/T6003.1中的要求。

注：試樣破碎過程中要防止氧化。

7.1.2合金粉試樣

將合金粉試樣過試驗(yàn)篩，取適量75μm（200目）-500μm（35目）的合金粉備用。其中試驗(yàn)篩的篩孔尺

寸符合GB/T6003.1中的要求。

7.2平行試驗(yàn)

稱取兩份合金錠或合金粉試樣（7.1）進(jìn)行平行測定。

7.3裝樣

打開樣品室，用無水乙醇。清洗干凈并晾干備用。待樣品室干燥后裝入1.0~2.0g的待測合金樣品，將樣

品室蓋擰緊，樣品室移動(dòng)幅度不能過大，防止金屬管道折斷。

7.4設(shè)備氣密性檢測

將樣品室與系統(tǒng)連接，然后向測試系統(tǒng)充入設(shè)備允許的最大壓力的氫氣（氦氣或氬氣），確認(rèn)測試系

統(tǒng)泄漏率≤1×10-9g?s-1即可。

7.5樣品室體積測定

7.5.1將樣品室與系統(tǒng)卸壓，并將樣品室穩(wěn)定在要求的測試溫度。

3

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7.5.2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。

7.5.3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。

7.5.4重復(fù)7.5.3操作5次~7次，得到Pri（i=1，2，3，……）Pdi（i=1，2，……）。樣品室體積V2按公式（1）

計(jì)算：

PPdiri1?+

VV21=……………（1）

PPri1ri+?

式中：

Pd——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）；

3

V1——系統(tǒng)體積，單位為立方厘米（cm）。

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。

7.6樣品的活化

7.6.1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℃。

7.6.2關(guān)閉試樣閥，對(duì)系統(tǒng)充氫至設(shè)備允許最大壓力的氫氣，打開試樣閥使樣品與氫氣進(jìn)行充分反應(yīng)，保持

30min。

7.6.3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。

7.6.4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：活化的溫度、壓力和次數(shù)取決于樣品特性，保證樣品完全活化。

7.7PCI曲線測試

遵照GB/T29918的測試方法（體積法）測定樣品在要求測試溫度下（30℃~80℃）的P-C-I曲線，獲得樣

品在要求測試溫度下的吸氫平臺(tái)壓力Pap；

注：若已知樣品在要求測試溫度下的吸氫平臺(tái)壓力Pap可省略此步驟。

7.8吸氫動(dòng)力學(xué)測試

遵照國家標(biāo)準(zhǔn)《稀土系儲(chǔ)氫合金吸放氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能測試方法》測定樣品在要求測試溫度下（30℃

~80℃）的吸氫動(dòng)力學(xué)曲線，獲得樣品在要求測試溫度下吸氫飽和時(shí)間ta；

注：若已知樣品在要求測試溫度下的吸氫飽和時(shí)間ta可省略此步驟。

7.9吸/放氫循環(huán)穩(wěn)定性測試

7.9.1將樣品室穩(wěn)定在要求的測試溫度（溫度范圍30℃~80℃）。

7.9.2對(duì)樣品室和系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa。

7.9.3設(shè)定吸氫系統(tǒng)初始?jí)毫1、吸氫平衡時(shí)間t1、脫氫時(shí)間t2（30min）和循環(huán)次數(shù)n。其中P1按公式（2）

計(jì)算，t1按公式（3）計(jì)算：

4

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P212V+V()

P1=……………（2）

V1

式中：

P2——吸氫過程樣品室初始平衡壓力（P2=Pap+3MPa），單位為兆帕（MPa）；

3

V1——系統(tǒng)體積，單位為立方厘米（cm）；

3

V2——樣品室體積，單位立方厘米（cm）。

tt1a=+15………（3）

式中：

t1——吸氫平衡時(shí)間，單位為分鐘（min）；

ta——飽和吸氫時(shí)間，單位為分鐘（min）；

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。

7.9.4啟動(dòng)測試程序進(jìn)行測試。

7.9.5測試結(jié)束后重新進(jìn)行一次吸氫動(dòng)力學(xué)測試，得到循環(huán)n次后試樣的吸氫量Wn。

8結(jié)果表示

試樣的循環(huán)壽命用容量保持率Sn來表示，Sn通過公式（4）來計(jì)算：

Wn

Sn=100%……………（4）

Wmax

式中：

Sn——循環(huán)n次后容量保持率，單位為百分?jǐn)?shù)（%）；

Wn——循環(huán)n次數(shù)后試樣的吸氫量，單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（wt%）；

Wmax——試料吸/放氫循環(huán)過程中最大吸氫量，單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（wt%）。

9精密度

9.1重復(fù)性

在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測試結(jié)果的測定值的差值不超過重復(fù)性限（r），超過重復(fù)性限（r）的

情況不超過5%，重復(fù)性限（r）使用表1測得的數(shù)據(jù)按照GB/T6379.2的規(guī)定求得。

表1重復(fù)性限（r）

吸氫容量保持率放氫容量保持率

測試溫度

測試項(xiàng)目重復(fù)性限（r）重復(fù)性限（r）

K

%%

20周容量保持率Sn（%）3130.4160.368

9.2再現(xiàn)性

在再現(xiàn)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測試結(jié)果的差值不超過再現(xiàn)性限（R），超過再現(xiàn)性限（R）的情況不超

過5%，再現(xiàn)性限（R）使用表2測得的數(shù)據(jù)按照GB/T6379.2的規(guī)定求得。

5

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表2再現(xiàn)性限（R）

吸氫容量保持率放氫容量保持率

測試溫度

測試項(xiàng)目再現(xiàn)性限（R）再現(xiàn)性限（R）

K

%%

20周容量保持率Sn（%）3130.4500.399

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：

a）本標(biāo)準(zhǔn)號(hào)

b）鑒別試樣的必要說明

c）測試時(shí)間

d）測定結(jié)果

e）本標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定的操作

f）可能影響結(jié)果的任何情況。