稀土百科 │ 储氢合金的化学和热力学原理

什么是储氢合金，储氢合金又如何具有储氢特性呢？

顾名思义储氢合金是一种能够贮存氢的金属材料，称的上“储氢合金”的材料应具有像海绵吸水那样能可逆地吸放大量氢气的特性。

原则上说这种合金大都属于金属氢化物，其特征是由一种吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素（A）和另一种吸氢量小或根本不吸氢的元素（B）共同组成。

我们知道，周期表中所有金属元素都能与氢化合生成氢化物。不过这些金属元素与氢的反应有2种性质，据此可分为两类元素，一类元素容易与氢反应，能大量吸氢，形成稳定的氢化物，并放出大量的热，这些金属主要是IA～VB族金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、RE（稀土元素）等，它们与氢的反应为放热反应（ΔH），这些金属称为放热型金属，或者叫A类元素；另一类金属与氢的亲和力小，但氢很容易在其中移动，氢在这些元素中溶解度小，通常条件下不生成氢化物，这些元素主要是VIB～VIB族过渡金属，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、A1等，氢溶于这些金属时为吸热反应（ΔH＞0），称为吸热金属，或者叫B类元素。

实际工程应用的储氢合金都是由A、B两类元素组成，其中A与氢的亲和力强，与氢生成的氢化物为强键合氢化物，B与氢的亲和力很弱，与氢生成的氢化物为弱键合氢化物，对合金的氢化反应起催化等作用。前者控制着储氢量，是组成储氢合金的关键元素；后者控制着吸放氢的可逆性，起着调节生成热与分解压力的作用。

通过两者的合理配比，就能制备出在室温下具有可逆地吸放氢的储氢合金。但合金的最终性能则还与合金的制备工艺和后续处理有关。如熔炼方法、凝固制度、热处理工艺、纳米化、非晶化等。

氢与金属、合金或金属间化合物的可逆吸放反应是储氢材料应用的最主要的特征。氢能很好地固溶于许多金属，在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属间化合物（以M表示）与气态H2可逆反应生成金属固溶体MH2和氢化物MHy。