(高清版)GBT 42656-2023 稀土系儲氫合金 吸放氫反應動力學性能測試方法

稀土系儲氫合金吸放氫反應動力學性能測試方法2023-08-06發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由全國稀土標準化技術(shù)委員會(SAC/TC229)提出并歸口。本文件起草單位：包頭稀土研究院、鄂爾多斯應用技術(shù)學院、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、中國科學院江西稀土研究院、虔東稀土集團股份有限公司、內(nèi)蒙古稀奧科貯氫合金有限公司、國標(北京)檢驗認證有限公司、有研工程技術(shù)研究院有限公司、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟研究院有限責任公司。1稀土系儲氫合金吸放氫反應動力學性能測試方法警告——使用本文件的人員應具備正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本文件并未指出所有可能的安全問題。使用者應具有一定的專業(yè)知識和技能并充分認識到不當?shù)牟僮骺赡芤鸬臍怏w泄漏、電流泄漏、火災或其他嚴重后果。本文件描述了稀土系儲氫合金吸/放氫反應動力學性能的測試方法。本文件適用于采用體積法進行稀土系儲氫合金的吸/放氫反應動力學測試，測試溫度范圍：25℃~300℃,環(huán)境溫度范圍23℃±3℃,測試壓力范圍：0.001MPa～5MPa。5MPa～10MPa稀土系儲氫合金的測試可參照本文件進行。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，僅該日期對應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GB/T6379.2測量方法與結(jié)果的準確度(正確度與精密度)第2部分：確定標準測量方法重復性與再現(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)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。儲氫合金吸氫反應hydrogenabsorptionreactionofhydrogenstoragealloy儲氫合金在一定溫度下與氣體氫發(fā)生反應，通過相變形成金屬氫化物的過程。注：儲氫合金在一定溫度下氫化時，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。儲氫合金放氫反應hydrogendesorptionreactionofhydrogenstoragealloy儲氫合金在吸氫反應形成金屬氫化物后，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過程。2反應動力學性能reactionkineticsperformance在一定的溫度和壓力下，單位時間內(nèi)吸/放氫的量。注：主要取決于儲氫合金的表面催化活性、儲氫合金中的氫擴散速度、氫化物的生成速度和材料的導熱特性。測試儀中用于使樣品與氫氣反應的腔室。注：通過試樣閥與測試儀的其他腔室分隔開。吸氫動力學測試時，在打開試樣閥使氫氣充入樣品室與樣品進行反應前，先充入一定量氫氣的固定吸氫過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樣品室的壓力。注：測試樣品吸氫動力學時吸氫過程樣品室初始平衡壓力高于樣品的吸氫平臺壓力。放氫過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樣品室的壓力。注：測試樣品放氫動力學時放氫過程樣品室初始平衡壓力低于樣品的放氫平臺壓力。系統(tǒng)初始壓力initialsystempressure在進行吸氫動力學測試前向系統(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，壓力平衡過程中根據(jù)氣體壓力的變化量計算吸氫量，記錄吸氫量隨時間的變化速率得到吸氫動力學性能。在要求的測試溫度下，將吸氫飽和的試樣與系統(tǒng)連通放氫，壓力平衡過程中根據(jù)氣體壓力的變化量計算放氫量，記錄放氫量隨時間的變化速率得到放氫動力學性能。5試劑除非另有說明，在分析中僅使用確認為分析純的試劑。5.3氬氣：GB/T4842,體積分數(shù)≥99.99%。36儀器設備分度值不大于0.0001g。6.2壓力-組成等溫線(PCI)測試儀測試壓力精度：±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氫瓶循環(huán)水加熱爐圖1PCI測試儀構(gòu)造圖6.3試驗篩50目，孔徑0.282mm。7樣品稀土系儲氫合金破碎后過50目試驗篩(6.3),獲得粒徑不大于0.282mm的儲氫合金樣品。8試驗步驟將樣品室用無水乙醇(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平行試驗稱取兩份試樣(8.1)進行平行測定。4GB/T42656—20238.3設備氣密性檢測將樣品室與系統(tǒng)連接，然后向PCI測試儀充入設備允許的最大壓力的氫氣(5.1)[氦氣(5.2)或氬氣(5.3)],確認測試儀器無氣體泄漏(泄漏率不大于1×10-°g·s-1)。8.4樣品室體積測定8.4.1將樣品室與系統(tǒng)卸壓，并將樣品室穩(wěn)定在要求的測試溫度。8.4.2對樣品室和系統(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;打開試樣閥，穩(wěn)定后記錄樣品室壓力P?。8.4.4重復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，對系統(tǒng)充氫氣至6MPa,打開試樣閥使樣品與氫氣進行充分反應，每分鐘壓力變化小于0.001MPa停止吸氫。8.5.3關(guān)閉試樣閥，對系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa,再打開試樣閥使樣品放氫，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吸氫動力學測試8.6.1將樣品室穩(wěn)定在要求的測試溫度。8.6.2對樣品室和系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa。8.6.3系統(tǒng)初始壓力P,按公式(2)計算：式中：P?——系統(tǒng)初始壓力，單位為兆帕斯卡(MPa);P?——吸氫過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打開試樣閥，氫氣與樣品發(fā)生反應，儀器自動記錄壓力隨時間的變化，繪制吸氫量與時間的變化曲線。吸氫量W。按公式(3)計算：………………W?——樣品的吸氫量(質(zhì)量分數(shù)),%;P?——吸氫過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?——氫氣摩爾質(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測試結(jié)束后關(guān)閉試樣閥。8.7放氫動力學測試8.7.1吸氫結(jié)束后，將樣品室穩(wěn)定在要求的測試溫度，記錄吸氫后樣品室壓力P?。8.7.2放氫過程樣品室初始平衡壓力P?按公式(4)計算：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。若放氫過程樣品室初始平衡壓力P?低于樣品的放氫平臺壓力，進行8.7.3之后的操作；若放氫過程樣品室初始平衡壓力P?高于樣品的放氫平臺壓力，則應將吸氫后樣品室壓力P?調(diào)低后重新計算放氫過程樣品室初始平衡壓力P?,直至其低于樣品的放氫平臺壓力后，再進行8.7.3之后的操作。8.7.3對系統(tǒng)進行抽真空至不高于0.001MPa。8.7.4打開試樣閥，使樣品室與系統(tǒng)連通，樣品開始放氫，記錄壓力隨時間的變化，繪制放氫量與時間的變化曲線。放氫量W?按公式(5)計算：W?——樣品的放氫量(質(zhì)量分數(shù)),%;P?——放氫過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——氫氣摩爾質(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爾文[J/(mol·K)];T?——放氫反應溫度，單位為開爾文(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測試結(jié)束后對樣品室和系統(tǒng)抽真空至不高于0.001MPa。8.7.6測試結(jié)束后關(guān)閉試樣閥。8.8試驗結(jié)果8.8.1吸氫動力學性能結(jié)果達到最大吸氫量60%和最大吸氫量90%之間的吸氫速率R。以百分每秒(%·s-1)計，按公式(6)R。——達到最大吸氫量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)量分數(shù)),吸氫量與時間的變化曲線(8.6.4)上讀取，%;Wa最大吸氫量60%的吸氫量(質(zhì)量分數(shù)),吸氫量與時間的變化曲線(8.6.4)上讀取，%;ts?！_到最大吸氫量90%吸氫量的時間，吸氫量與時間的變化曲線(8.6.4)上讀取，單位為秒tao.g——達到最大吸氫量60%吸氫量的時間，吸氫量與時間的變化曲線(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放氫動力學性能結(jié)果達到最大放氫量60%和最大放氫量90%之間的放氫速率R?以百分每秒(%·s-1)計，按公式(7)式中：R?——達到最大放氫量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)量分數(shù)),從放氫量與時間的變化曲線(8.7.4)上讀取，%;Wans——最大放氫量60%的放氫量(質(zhì)量分數(shù)),從放氫量與時間的變化曲線(8.7.4)上讀取，%;tang——達到最大放氫量90%放氫量的時間，從放氫量與時間的變化曲線(8.7.4)上讀取，單位為tao.s——達到最大放氫量60%放氫量的時間，從放氫量與時間的變化曲線(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重復性在重復性條件下獲得的兩次獨立測試結(jié)果的測定值的差值不超過重復性限(r),超過重復性限(r)的情況不超過5%,重復性限(r)使用表1的測試溫度下測得的數(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性限動力學性能平臺壓力范圍測試溫度℃重復性限(r)吸氫速率R。放氫速率Ra