《稀土系儲氫合金電化學(xué)動力學(xué) 性能測試方法編制說明》

CSTM團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

《稀土系儲氫合金電化學(xué)動力學(xué)性能測試方法》

編制說明

（立項階段□征詢意見階段審查階段□報批階段□）

1、目的意義

氫能作為一種高效清潔的二次再生能源受到了人們廣泛的關(guān)注。在整個氫能

系統(tǒng)中，儲氫是較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。金屬氫化物自1989年日本松下對鎳氫電池的產(chǎn)業(yè)

化生產(chǎn)、貯氫合金材料研究得到大力發(fā)展；多年來，因我國儲氫合金生產(chǎn)技術(shù)不

斷改進(jìn)和創(chuàng)新，保證了產(chǎn)量和質(zhì)量的提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國內(nèi)外用戶及市

場需求日益增長。而我國合金粉的生產(chǎn)能力從開始的500噸擴(kuò)展到目前的30000

噸以上。

金屬氫化物負(fù)極電極過程動力學(xué)很大程度上制約了Ni-MH電池的倍率及低溫

性能。低溫和動力電池市場約占整個鎳氫電池市場的15%左右，相應(yīng)的儲氫合金

需求量約為1200-1300噸/年，而儲氫合金生產(chǎn)企業(yè)或研究單位對儲氫合金電化學(xué)

動力學(xué)的測試設(shè)備和方法各有不同因此檢測結(jié)果可對比性不強(qiáng)，不利于下游應(yīng)用

企業(yè)對儲氫合金的評價和電池的設(shè)計，對儲氫合金的推廣應(yīng)用是十分不利的。為

了解決這一問題，建立完善、客觀、規(guī)范的儲氫合金電化學(xué)動力學(xué)測試方法的標(biāo)

準(zhǔn)顯得尤為重要。

2、主要技術(shù)內(nèi)容

儲氫合金的電化學(xué)動力學(xué)性能對其在功率型和低溫型鎳氫電池中的應(yīng)用至

關(guān)重要，本標(biāo)準(zhǔn)對儲氫合金的電化學(xué)動力性能，包括交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)兩項

反映電化學(xué)動力學(xué)性能的方法提要、樣品制備、活化、測試和數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了規(guī)

范。

3、預(yù)期的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益

隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，能源和環(huán)境已成為當(dāng)今世界的主題，氫能的

開發(fā)利用是解決人類的能源問題以及環(huán)境問題最有效，最可行的途徑之一。近期，

國家發(fā)布了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度部

署了氫能源在十四五及以后一個時期的發(fā)展方向和重要任務(wù)。其中，“系統(tǒng)構(gòu)建

支撐氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)新體系”部分提出，要持續(xù)推進(jìn)綠色低碳?xì)淠苤迫　?/p>

儲存、運輸和應(yīng)用各環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)，持續(xù)開展清脆失效、低溫吸附、泄

漏/擴(kuò)散/燃爆等科學(xué)機(jī)理研究，持續(xù)推動氫能技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、重大產(chǎn)品示范應(yīng)

用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?！敖y(tǒng)籌推進(jìn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”部分強(qiáng)調(diào)，要穩(wěn)步構(gòu)建儲運體

系，探索固態(tài)儲運等方式應(yīng)用。

氫能的制備技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，目前氫能應(yīng)用的瓶頸是如何儲存和運輸，因

此如何使儲氫成本進(jìn)一步降低，儲氫密度進(jìn)一步提高，并且使儲氫介質(zhì)能夠以較

快的速度吸放氫是亟需解決的關(guān)鍵問題。固態(tài)儲氫是新一代儲氫技術(shù)它儲氫密度

大、安全性好。稀土系儲氫合金是能夠使該項技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵材料。

截止目前，稀土系儲氫合金已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用20多年，但在新能源時代到來的

今天，它作為氫能利用的儲氫載體和重要功能材料，仍然具有廣闊的發(fā)展空間和

應(yīng)用前景，尤其是在鎳氫電池被用作新能源汽車的重要動力源后，整個稀土系儲

氫合金和鎳氫電池行業(yè)又面臨著一個重要的發(fā)展機(jī)遇。加快完善儲氫合金的相關(guān)

標(biāo)準(zhǔn)對發(fā)展稀土系儲氫合金和鎳氫電池行業(yè)具有重要意義。

此外，稀土系儲氫合金是目前技術(shù)最成熟、產(chǎn)業(yè)化最為廣泛、市場銷量最大

的儲氫合金，而我國是稀土資源大國，制定統(tǒng)一的、規(guī)范的儲氫合金產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和

檢測標(biāo)準(zhǔn)有利于發(fā)揮我國的稀土資源優(yōu)勢，有利于我國稀土資源的合理配置，對

加快國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也會起到很好的促進(jìn)作用。

4、工作簡況

（1）任務(wù)來源

基于儲氫合金生產(chǎn)和研究的需要，包頭稀土研究院于2022年2月向中關(guān)村材

料試驗技術(shù)聯(lián)盟（CSTM）提出制定《稀土系儲氫合金電化學(xué)動力學(xué)性能測試方法》

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的建議，2022年5月18日，CSTM組織專家對該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線上評審，經(jīng)質(zhì)

詢、討論專家們一致認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)具有立項的必要性和可行性，同意該標(biāo)準(zhǔn)立項，

CSTM于2022年6月6日對該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行立項公示，立項號：CSTMLX990000967—

2022。

（2）起草單位

牽頭起草單位：包頭稀土研究院牽頭起草

參與起草單位：鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院、內(nèi)蒙古科技大學(xué)、內(nèi)蒙古稀土功能

材料創(chuàng)新中心有限責(zé)任公司、鋼鐵研究總院有限公司、內(nèi)蒙古稀奧科貯氫合金有

限公司、中?。ㄎ⑸剑┫⊥列虏牧嫌邢薰?/p>

（3）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的主要工作過程

包頭稀土研究院2021年開始了《稀土系儲氫合金電化學(xué)動力學(xué)性能測試方

法》標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)研工作。2022年2月包頭稀土研究院向CSTM提出起草《稀土系儲氫

合金電化學(xué)動力學(xué)性能測試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的申請，CSTM于2022年5月18日組織

專家進(jìn)行立項評審，專家們一致認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)具有立項的必要性和可行性，同意該

標(biāo)準(zhǔn)立項。同時，專家對標(biāo)準(zhǔn)初稿進(jìn)行了認(rèn)真的討論并提出了許多寶貴的意見和

建議。CSTM于2022年6月6日對該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行立項公示，立項號：CSTMLX9900

00967—2022。包頭稀土研究院接受任務(wù)后，立即成立了《稀土系儲氫合金電化

學(xué)動力學(xué)性能測試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)小組，通過總結(jié)以往對儲氫合金的研究、

生產(chǎn)經(jīng)驗及調(diào)研相關(guān)生產(chǎn)廠家和研究單位對儲氫合金熱力學(xué)性能測試方法的建

議后，初步形成《稀土系儲氫合金電化學(xué)動力學(xué)性能測試方法》草案，將草案稿

發(fā)給相關(guān)單位征求意見，并按照相關(guān)專家提出的意見進(jìn)行修改完善。具體工作進(jìn)

度如下：

2022年6月?2022年12月：稀土系儲氫合金市場調(diào)研、收集市場資料、了

解各生產(chǎn)、研究單位對稀土系儲氫合金電化學(xué)動力學(xué)的測試方法，匯總相關(guān)資料

完成《稀土系儲氫合金電化學(xué)動力學(xué)性能測試方法》草案稿；

2023年1月?2023年3月：將草案稿發(fā)給相關(guān)單位征求意見，并匯總反饋意

見，意見匯總處理表見表1-1。商討確定條件試驗方案，并按照要求進(jìn)行相關(guān)的

測試。

表1-1標(biāo)準(zhǔn)意見匯總處理表

序

標(biāo)準(zhǔn)章條編號意見內(nèi)容處理意見及理由

號

11建議把電化學(xué)動力學(xué)細(xì)化為具體測采納

試的交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)

22補充“XB/T702”采納

33增加電化學(xué)動力學(xué)的定義采納

44測試原理改為方法提要采納

應(yīng)給出粉末壓制成型模具的具體要

55.7采納

求

66.3應(yīng)給出羰基鎳粉的具體要求采納

78.1.1.應(yīng)給出50%DOD的具體步驟采納

2023年4月?2023年6月：根據(jù)反饋意見對草案稿進(jìn)行修改完善，形成征求

意見稿。匯總條件試驗數(shù)據(jù)，整理分析，確定精密度試驗方案，并將樣品郵寄給

各參加單位。

2023年7月-2023年10月：匯總精密度試驗數(shù)據(jù)，撰寫試驗報告，補充完

善標(biāo)準(zhǔn)草案稿形成預(yù)審稿。

（4）主要起草人及其所做的工作

主要起草人及工作內(nèi)容如表1-2所示；

表1-2主要起草人及其所做的工作

序號起草人工作單位工作內(nèi)容備注

包頭稀土研

1閆慧忠標(biāo)準(zhǔn)草案起草、試驗方案確定、編制說明撰寫

究院

包頭稀土研

2徐津調(diào)研行業(yè)現(xiàn)狀、確定條件試驗方案

究院

包頭稀土研

3王利搭建標(biāo)準(zhǔn)框架、確定條件試驗方案

究院

包頭稀土研

4李寶犬條件試驗的測試與數(shù)據(jù)匯總

究院

鄂爾多斯應(yīng)

5朱曉梅研究分析行業(yè)發(fā)展趨勢、確定主要技術(shù)內(nèi)容

用技術(shù)學(xué)院

內(nèi)蒙古科技

6胡鋒精密度試驗的測試與數(shù)據(jù)匯總

大學(xué)

內(nèi)蒙古稀土

功能材料創(chuàng)

7許永燕條件試驗的測試與數(shù)據(jù)匯總

新中心有限

責(zé)任公司

鋼鐵研究總

8郭世海技術(shù)內(nèi)容指導(dǎo)，試驗方案確定

院有限公司

內(nèi)蒙古稀奧

9王永光科貯氫合金研究分析行業(yè)發(fā)展趨勢、確定技術(shù)指標(biāo)

有限公司

中稀（微山）

10李軍稀土新材料技術(shù)內(nèi)容指導(dǎo)，試驗方案確定

有限公司

鄂爾多斯應(yīng)

11劉治平精密度試驗測試與數(shù)據(jù)分析

用技術(shù)學(xué)院

內(nèi)蒙古科技

12李一鳴精密度試驗測試與數(shù)據(jù)分析

大學(xué)

5、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則

（1）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)或理由

參照GB/T1.1《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)定編寫。

（2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

a)一致性

b)系統(tǒng)性

c)規(guī)范性

d)普適性

e)適用性

f)先進(jìn)性

6、確定標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容的依據(jù)

（1）樣品情況

選擇具有代表性的AB5型合金作為試驗樣品，由內(nèi)蒙古稀奧科貯氫合金有

限公司提供。

（2）試驗驗證單位情況簡介

包頭稀土研究院作為全國最大的綜合性稀土研究機(jī)構(gòu)，在稀土儲氫合金材料

領(lǐng)域做了大量工作并積累了豐富成果。本次試驗的安排，由包頭稀土研究院開展

前期工作，首先在眾多稀土系儲氫合金中篩選出具有代表性的樣品，對其開展針

對電化學(xué)動力學(xué)性能研究，隨后對形成的測試方法進(jìn)行精密度試驗，驗證該方法

的穩(wěn)定性。

參加本項目驗證試驗的單位有鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院、內(nèi)蒙古科技大學(xué)、內(nèi)

蒙古稀土功能材料創(chuàng)新中心有限責(zé)任公司、鋼鐵研究總院有限公司4家單位。其

中鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院、內(nèi)蒙古科技大學(xué)作為一驗單位對本標(biāo)準(zhǔn)的條件試驗和

精密度試驗進(jìn)行試驗驗證。內(nèi)蒙古稀土功能材料創(chuàng)新中心有限責(zé)任公司和鋼鐵研

究總院有限公司對本標(biāo)準(zhǔn)的精密度進(jìn)行驗證，以驗證本項目擬建立的稀土系儲氫

合金吸放氫反應(yīng)熱力學(xué)性能測試方法的可靠性、重復(fù)性及穩(wěn)定性。經(jīng)過對不同單

位檢測結(jié)果進(jìn)行比對分析后，驗證不同參與單位間測試結(jié)果的一致性，最終確定

方法的精密度。內(nèi)蒙古稀奧科貯氫合金有限公司為本標(biāo)準(zhǔn)的研制提供樣品，并在

標(biāo)準(zhǔn)起草過程中提出很多寶貴的意見，中稀（微山）稀土新材料有限公司也為本

標(biāo)準(zhǔn)的起草提供了較多的技術(shù)支持。

（3）條件試驗

影響儲氫合金吸放氫循環(huán)穩(wěn)定性測試結(jié)果的主要因素為合金粉與羰基鎳比

例、帶電量和充電后平衡時間，因此條件試驗設(shè)置：（1）合金粉與羰基鎳比例：

2:8,4:6和6:4；（2）帶電量；20%，50%，100%；（3）充電后平衡時間：20min、

40min和60min。

a）牽頭單位（包頭稀土研究院）條件試驗結(jié)果

包頭稀土研究院按照條件試驗方案對樣品的交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行測

試，測試結(jié)果如表3-1所示。隨著合金粉占比的增加交流阻抗的測試結(jié)果先增大

后不變，而氫擴(kuò)散系數(shù)測試結(jié)果沒有明顯的規(guī)律（三個條件下測試結(jié)果非常接近）

普遍認(rèn)為合金粉的占比越大測試結(jié)果更能反映出樣品的真實情況，因此選擇合金

粉與羰基鎳比例為6:4進(jìn)行后續(xù)實驗；分別進(jìn)行20%、50%和100%帶電量試驗，

交流阻抗50%帶電量表現(xiàn)出最佳的效果，因此交流阻抗選擇帶電量為50%進(jìn)行

后續(xù)實驗，氫擴(kuò)散系數(shù)在帶電量100%表現(xiàn)出最佳的擴(kuò)散速度，因此氫擴(kuò)散系數(shù)

測試選擇帶電量100%來進(jìn)行后續(xù)試驗；充電后分別擱置20min、40min和60min

后進(jìn)行交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)的測試，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同的擱置時間對交流阻抗

的測試結(jié)果沒有明顯的影響，而隨著擱置時間的延長氫擴(kuò)散系數(shù)的測試結(jié)果逐漸

減小，因此選擇擱置時間為20min進(jìn)行后續(xù)實驗。

表3-1牽頭單位條件試驗中交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)測試結(jié)果

牽頭單位

交流阻抗氫擴(kuò)散系

測試條件

（Ω）數(shù)D*1010

2:80.0861450.862576

不同合金粉與

4:60.147840.72619

羰基鎳比例

6:40.149210.918101

20%0.147840.335176

不同帶電量50%0.126240.427282

100%0.161630.971167

20min0.144290.918222

不同擱置時間40min0.149210.661288

60min0.162320.566103

b）一驗單位（鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院）條件試驗結(jié)果

鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院按照牽頭單位提供的條件試驗方案對樣品進(jìn)行測試。

測試結(jié)果如表3-2所示通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)與牽頭單位的測試結(jié)果基本一

致。

表3-2一驗單位1條件試驗中交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)測試結(jié)果

一驗單位1

交流阻抗氫擴(kuò)散系

測試條件

（Ω）數(shù)D*1010

2:80.0923721.3094

不同合金粉與

4:60.145960.936824

羰基鎳比例

6:40.151991.677745

20%0.145960.373129

不同帶電量50%0.128810.570725

100%0.171711.359704

20min0.132921.3094

不同擱置時間40min0.151990.688559

60min0.163450.490391

c）一驗單位（內(nèi)蒙古科技大學(xué)）條件試驗結(jié)果

內(nèi)蒙古科技大學(xué)按照牽頭單位提供的條件試驗方案對樣品進(jìn)行測試。測試結(jié)

果如表3-3所示通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)與牽頭單位的測試結(jié)果基本一致。

表3-3一驗單位2條件試驗中交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)測試結(jié)果

一驗單位2

交流阻抗氫擴(kuò)散系

測試條件

（Ω）數(shù)D*1010

2:80.0915150.918222

不同合金粉與

4:60.144290.876043

羰基鎳比例

6:40.151551.295619

20%0.144290.41998

不同帶電量50%0.130140.489967

100%0.1781.194178

20min0.182560.862576

不同擱置時間40min0.151550.745358

60min0.161330.580162

通過牽頭單位和兩家一驗單位的測試與分析，發(fā)現(xiàn)合金粉與羰基鎳比例為

6:4，帶電量為50%，充電后擱置時間為20min時交流阻抗的測試結(jié)果最佳，作為

交流阻抗的精密度測試條件；合金粉與羰基鎳比例為6:4，帶電量為100%，充電

后擱置時間為20min時氫擴(kuò)散系數(shù)的測試結(jié)果最佳，作為氫擴(kuò)散系數(shù)的精密度測

試條件。

（4）精密度試驗

根據(jù)牽頭單位和兩家一驗單位的測試結(jié)果，確定精密度試驗條件：按照第3

節(jié)中確定的交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)的精密度條件試驗，五家起草單位均對樣品的

精密度進(jìn)行測試，通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析確定本文件的重復(fù)性限和再現(xiàn)性限。

通過對五家單位的測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，如表3-4所示。對各起草單位的交流

阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)的測試結(jié)果統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，不同參與單位，從人機(jī)料法環(huán)角度

看，均存在一定差異，但5家單位的測試結(jié)果基本上處于可接受水平；每家單位

對樣品均進(jìn)行了5次平行測試，其檢測結(jié)果也處于業(yè)內(nèi)客戶可接受水準(zhǔn)。通過對

五家的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算與分析得到交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)的精密度r和R，計算結(jié)

果如表3-5~表3-10所示。

表3-5五家起草單位測試的交流阻抗和氫擴(kuò)散系數(shù)

最大吸氫量

實驗室交流阻抗氫擴(kuò)散系數(shù)

0.1881.021

0.1551.159

牽頭單位0.1710.706

0.1960.730

0.1790.748

0.1761.111

0.1881.055

一驗10.1911.368

0.1870.808

0.2300.777

0.1431.229

0.1701.271

一驗20.1660.703

0.1741.293

0.1771.308

0.2301.060

0.2311.118

二驗10.2200.685

0.2280.686

0.2421.093

0.2241.266

0.2411.336

二驗20.2401.440

0.2401.330

0.2361.398

表3-6平均值

實驗室各單元平均值

牽頭0.177780.87269

一驗10.194401.02396

一驗20.165891.16069

二驗10.230210.92843

二驗20.236041.35408

表3-7標(biāo)準(zhǔn)差

實驗室各單元標(biāo)準(zhǔn)差S

牽頭0.015930.20464

一驗10.020750.24210

一驗20.013460.25787

二驗10.007920.22288

二驗20.007210.06704

表3-8科克倫檢驗

實驗室i柯克倫檢驗

Smax實驗室23

Smax值0.020750.25787

∑S20.000980.22116

C0.439410.30067

離群值（Y/N）NN

歧離值（Y/N）NN

C臨界實驗室數(shù)p=5時，科克倫檢驗5%臨界值為0.544，1%臨界值為0.633。

表3-9格拉布斯檢驗

統(tǒng)計量格拉布斯檢驗

均值的平均值0.200861.06797

均值的標(biāo)準(zhǔn)差0.031210.19365

最大均值0.236041.35408

最小均值0.165890.87269

Gmax1.127111.47748

Gmin1.120601.00842

G臨界值實驗室數(shù)p=5時，G臨界值：上1%點時為1.764；上5%點時為1.715。

表3-10r和R計算結(jié)果

總平均值0.2011.068

T15.02226.699

T21.028