GB/T××××—××××PAGE6稀土系儲氫合金吸/放氫反應動力學性能測試方法警告——使用本標準的人員應具備正規實驗室工作的實踐經驗。本標準并未指出所有可能的安全問題。使用者應具有一定的專業知識和技能并充分認識到不當的操作可能引起的氣體泄漏、電流泄漏、火災或其他嚴重后果。1范圍本文件規定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℃，環境溫度范圍23℃±3℃，測試壓力范圍：0.001MPa~10MPa。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構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GB4962氫氣使用安全技術規程GB/T6003.1試驗篩技術要求和檢驗第一部分:金屬絲編織網試驗篩GB/T8170數值修約規則與極限數值的表示和判定3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1儲氫合金吸/放氫反應Hydrogenabsorption/desorptionreactionofhydrogenstoragealloy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；吸氫過程結束后，形成β單相，繼續吸氫，壓力快速增加。放氫是吸氫的逆反應過程。3.2反應動力學性能Reactionkineticsproperty在一定的溫度和壓力下，用單位時間內吸/放氫量來表示其動力學性能，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。3.3吸氫過程樣品室初始平衡壓力Initialequilibriumpressureofsamplechamberduringhydrogenabsorption在進行吸氫動力學測試時需向系統內充入一定壓力的氫氣，然后將系統和樣品室連通，在系統和樣品室連通且樣品未吸氫時樣品室的壓力稱為吸氫過程樣品室初始平衡壓力。測試樣品吸氫動力學時吸氫過程樣品室初始平衡壓力必須高于樣品的吸氫平臺壓力。3.4放氫過程樣品室初始平衡壓力Initialequilibriumpressureinsamplechamberduringhydrogendesorption在進行放氫動力學測試前，需將系統抽真空，然后將系統和樣品室連通，在系統和樣品室連通后且樣品未放氫時樣品室的壓力稱為放氫過程樣品室初始平衡壓力。測試樣品放氫動力學時放氫過程樣品室初始平衡壓力必須低于樣品的放氫平臺壓力。3.5系統初始壓力Initialsystempressure在進行吸氫動力學測試前需向系統內充入一定壓力的氫氣，該壓力稱為系統初始壓力。4方法提要特定溫度條件下，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。在規定的溫度條件下，將吸氫飽和的試樣與系統連通放氫，壓力平衡過程中根據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5.1氫氣：體積分數≥99.999%。5.2氦氣：體積分數≥99.999%。5.3無水乙醇：分析純。6儀器設備6.1天平：分度值不大于0.1mg。6.2壓力-組成等溫線（PCT）測試儀測試壓力精度：±0.04%。溫度控制精度：±0.1℃。系統體積：70±10立方厘米（cm3）。樣品室體積：6±1.5立方厘米（cm3）。壓力-組成等溫線（PCT）測試儀構造圖如下：儲氫瓶儲氫瓶系統樣品室高壓表低壓表低壓閥總閥開關閥真空閥氫氣閥室外試樣閥循環水放空閥室外大氣加熱爐真空泵圖1PCT測試儀構造圖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≤0.282mm的儲氫合金樣品。8試驗步驟8.1試樣準備將樣品室用無水乙醇（5.3）清洗干凈并晾干，稱取樣品（7）1.000g±0.200g裝入樣品室，將樣品室擰緊，待用。8.2設備氣密性檢測將樣品室和系統抽真空至不高于0.001MPa，對其進行充氫直至壓力達到6MPa，保持壓力5min，高壓表讀數不變即可。8.3樣品室體積測定8.3.1將樣品室與系統卸壓，并將樣品室穩定在設定溫度。8.3.2對樣品室和系統抽真空至不高于0.001MPa且讀數不再變化，記錄樣品室壓力Pr1。8.3.3關閉試樣閥，向系統內緩慢充入氫氣（氦氣或氬氣），使系統壓力增加0.1MPa，記錄系統壓力Pd1；打開試樣閥，穩定后記錄樣品室壓力Pr2。8.3.4重復8.3.3操作5~7次，得到Pri（i=1，2，3，……）Pdi（i=1，2，……），根據公式1計算得到5~7個樣品室體積V2，對得到的5~7個樣品室體積V2取平均值。………………（1）式中：V2—樣品室容積，單位為立方厘米（cm3）。V1—系統體積，單位為立方厘米（cm3）。Pdi—系統壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。Pri—樣品室壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。8.4樣品活化8.4.1將樣品室和系統抽真空至不高于0.001MPa，再將樣品室升溫至150℃，繼續抽真空30min，然后將樣品室溫度降低至40℃。8.4.2關閉試樣閥，對系統充氫至6MPa，打開試樣閥使樣品與氫氣進行充分反應，保持20min。8.4.3關閉試樣閥，對系統抽真空至不高于0.001MPa，再打開試樣閥使樣品放氫，保持20min。8.4.4將樣品室升溫至150℃，繼續抽真空30min，然后將樣品室溫度降低至40℃完成樣品一次活化。注：活化的最大吸氫量與相同溫度和壓力條件下PCT曲線的最大吸氫量一致，可認定樣品完全活化。活化的次數和溫度取決于樣品特性，必須保證樣品活化。8.5吸氫動力學測試8.5.1將樣品室穩定在要求的測試溫度。8.5.2對樣品室和系統抽真空至不高于0.001MPa。8.5.3對系統充氫至系統初始壓力P1，系統初始壓力P1根據吸氫過程樣品室初始平衡壓力P2（吸氫過程樣品室初始平衡壓力P2須大于樣品吸氫平臺壓力P吸）、系統體積V1和樣品室體積V2采用公式2進行計算。………………（2）式中：P1-系統初始壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。P2-吸氫過程樣品室初始平衡壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。V1-系統體積，單位為立方厘米（cm3）。V2-樣品室體積，單位立方厘米（cm3）。8.5.4打開試樣閥，氫氣與樣品發生反應，儀器自動記錄壓力和吸氫量隨時間的變化，繪制吸氫量與時間的變化曲線。8.5.5測試結束后關閉試樣閥。8.6放氫動力學測試8.6.1吸氫結束后，將樣品室穩定在要求的測試溫度，記錄吸氫后樣品室壓力。8.6.2根據吸氫后樣品室壓力P3、系統體積和樣品室體積，采用公式3計算放氫過程樣品室初始平衡壓力P4。……………………（3）式中：P3-吸氫后樣品室壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。P4-放氫過程樣品室初始平衡壓力，單位為兆帕斯卡（MPa）。V1-系統體積，單位為立方厘米（cm3）。V2-樣品室體積，單位立方厘米（cm3）。若放氫過程樣品室初始平衡壓力P4低于樣品的放氫平臺壓力P放，進行8.6.3之后的操作；若放氫過程樣品室初始平衡壓力P4高于樣品的放氫平臺壓力P放，則需將吸氫后樣品室壓力P3調低后重新計算放氫過程樣品室初始平衡壓力P4直至其低于樣品的放氫平臺壓力P放后進行8.6.3之后的操作。8.6.3對系統進行抽真空至不高于0.001MPa。8.6.4打開試樣閥，使樣品室與系統連通，樣品開始放氫，記錄壓力和放氫量隨時間的變化，繪制放氫量與時間的變化曲線。8.6.5測試結束后對樣品室和系統抽真空至不高于0.001MPa。8.6.6測試結束后關閉試樣閥。8.7試驗結果表示8.7.1吸氫動力學性能結果表示在獲得的吸氫量與時間的變化曲線（8.5）上讀取最大吸氫量90%的吸氫量W吸0.9和達到最大吸氫量90%吸氫量的時間t，并通過公式4計算最大吸氫量90%的吸氫速率Ra，吸氫速率Ra表示儲氫合金的吸氫動力學性能。……………………（4）式中：Ra——吸氫速率，單位為（wt%s-1）。W吸0.9—最大吸氫量90%的吸氫量，單位為質量百分數（wt%）。t——吸氫時間，單位為秒（s）。8.7.2放氫動力學性能結果表示在獲得的放氫量與時間的變化曲線（8.6）上讀最大放氫量90%的放氫量取W放0.9和達到最大放氫量90%的時間t，并通過公式5計算最大放氫量90%的放氫速率Rd，放氫速率Rd表示儲氫合金的放氫動力學性能。…………………（5）式中：Rd——放氫速率，單位為（wt%s-1）。W放0.9—最大放氫量90%的放氫量，單位為質量百分數（wt%）。t——放氫時間，單位為秒（s）。9精密度9.1重復性在文件規定的測試范圍內獲得的重復性限（r）如下。表1樣品類型平臺壓力范圍測試溫度重復性限（r）吸氫速率高平臺型1~5MPa40℃1.01554*10-3wt%s-1中平臺型0.1~1MPa40℃0.8106*10-3wt%s-1低平臺型0.01~0.1MPa150℃13.07798*10-3wt%s-1超低平臺型0.001~0.01MPa200℃4.02744*10-3wt%s-1放氫速率高平臺型1~5MPa40℃0.71766*10-3wt%s-1中平臺型0.1~1MPa40℃0.4822*10-3wt%s-1低平臺型0.01~0.1MPa150℃1.48386*10-3wt%s-1超低平臺型0.001~0.01MPa200℃0.27112*10-3wt%s-19.2允許差實驗室之間分析結果的差值應不大于表2所列允許差表2樣品類型平臺壓力范圍測試溫度再現性限（R）吸氫速率高平臺型1~5MPa40℃2.11269*10-3wt%s-1中平臺型0.1~1MPa40℃1.0451*10-3wt%s-1低平臺型0.01~0.1MPa150℃18.8942*10-3wt%s-1超低平臺型0.001~0.01MPa