ICS 77.120.99 CCS H 14 中华人民共和国国家标准 GB/T42656—2023 稀土系储氢合金 吸放氢反应动力学性能测试方法 Rare earth-based hydrogen storage alloysTest method for measurement of kinetic properties of hydrogenation dehydrogenation reaction 2024-03-01实施 2023-08-06发布 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T42656—2023 前言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任， 本文件由全国稀土标准化技术委员会（SAC/TC229）提出并归口。 本文件起草单位：包头稀土研究院、鄂尔多斯应用技术学院、安泰环境工程技术有限公司、中稀（微 山）稀土新材料有限公司、中国科学院江西稀土研究院、虔东稀土集团股份有限公司、内蒙古稀奥科贮氢 合金有限公司、国标（北京）检验认证有限公司、有研工程技术研究院有限公司、有色金属技术经济研究 院有限责任公司。 本文件主要起草人：徐津、王利、朱晓梅、吉力强、张薇、陈庆军、姚南红、王永光、于丽敏、王树茂、 李宝犬、刘治平、王威、李军、胡华舟、章自敏、龚泳鑫、牛晓薇、闫慧忠、郝雷、蔚志红、宋冠禹、申立汉。 GB/T 42656—2023 稀土系储氢合金 吸放氢反应动力学性能测试方法 警告一一使用本文件的人员应具备正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全 问题。使用者应具有一定的专业知识和技能并充分认识到不当的操作可能引起的气体泄漏、电流泄漏 火灾或其他严重后果。 1范围 本文件描述了稀土系储氢合金吸/放氢反应动力学性能的测试方法。 本文件适用于采用体积法进行稀土系储氢合金的吸/放氢反应动力学测试，测试温度范围：25℃～ 300℃，环境温度范围23℃土3℃，测试压力范围：0.001MPa～5MPa。5MPa～10MPa稀土系储氢 合金的测试可参照本文件进行。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 本文件。 GB/T678化学试剂乙醇（无水乙醇） GB/T3634.2氢气第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢 GB/T4842氩 GB/T4844纯氨、高纯氨和超纯氨 GB/T 6379.2 测量方法与结果的准确度（正确度与精密度）第2部分：确定标准测量方法重复 性与再现性的基本方法 GB/T8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 储氢合金吸氢反应hydrogenabsorptionreactionofhydrogenstoragealloy 储氢合金在一定温度下与气体氢发生反应，通过相变形成金属氢化物的过程 注：储氢合金在一定温度下氢化时，首先随着氢压力的增加，形成固溶体α相；氢固溶体饱和后，开始形成金属氢化 物相（β相），存在α相和β相的两相组织，理论上氢压力保持不变；吸氢过程结束后，形成β单相，继续吸氢，压 力快速增加。 3.2 储氢合金放氢反应hydrogendesorptionreactionofhydrogenstoragealloy 储氢合金在吸氢反应形成金属氢化物后，在一定温度下，通过相变释放气体氢的过程。 注：放氢是吸氢的逆反应过程。 1 GB/T42656—2023 3.3 反应动力学性能 reactionkineticsperformance 在一定的温度和压力下，单位时间内吸/放氢的量 注：主要取决于储氢合金的表面催化活性、储氢合金中的氢扩散速度、氢化物的生成速度和材料的导热特性。 3.4 样品室samplechamber 测试仪中用于使样品与氢气反应的腔室。 注：通过试样阀与测试仪的其他腔室分隔开。 3.5 系统 system 吸氢动力学测试时，在打开试样阀使氢气充入样品室与样品进行反应前，先充人一定量氢气的固定 容积腔室。 3.6 吸氢过程样品室初始平衡压力initialequilibriumpressureof samplechamberduringhydrogenab sorption 在系统和样品室连通且样品未吸氢时样品室的压力 注：测试样品吸氢动力学时吸氢过程样品室初始平衡压力高于样品的吸氢平台压力。 3.7 放氢过程样品室初始平衡压力initialequilibriumpressureinsamplechamberduringhydrogende sorption 在系统和样品室连通后且样品未放氢时样品室的压力。 注：测试样品放氢动力学时放氢过程样品室初始平衡压力低于样品的放氢平台压力。 3.8 J initial system pressure 系统初始压力 在进行吸氢动力学测试前向系统内充入一定量氢气的压力。 4方法提要 在要求的测试温度下，在一定容积的样品室中使得氢气与恒温金属试样接触，压力平衡过程中根据 气体压力的变化量计算吸氢量，记录吸氢量随时间的变化速率得到吸氢动力学性能。在要求的测试温 度下，将吸氢饱和的试样与系统连通放氢，压力平衡过程中根据气体压力的变化量计算放氢量，记录放 氢量随时间的变化速率得到放氢动力学性能。 5试剂 除非另有说明，在分析中仅使用确认为分析纯的试剂。 5.1氢气：GB/T3634.2，高纯氢，体积分数99.999%。 5.2氮气：GB/T4844，高纯氮，体积分数≥99.999%。 5.3氟气：GB/T4842，体积分数≥99.99%。 5.4无水乙醇：GB/T678。 GB/T42656—2023 仪器设备 6.1 天平 分度值不大于0.0001g。 6.2压力-组成等温线（PCI)测试仪 测试压力精度：土0.04%。 温度控制精度：士0.1℃。 样品室体积：6cm²±1.5cm，系统体积与样品室体积比例范围宜为8.5：1~15.0：1。 压力-组成等温线（PCI）测试仪构造如图1所示。 氢气阀 循环水 低压表 I 4 储 试样阀 氢 瓶 低压阀 样品室 开关阀 总阀 系统 加热炉 放空阀 →室外大气 4 真空阀 高压表 真空泵 图1PCI测试仪构造图 6.3 3试验筛 50目，孔径0.282mm。 7样品 稀土系储氢合金破碎后过50日试验筛（6.3），获得粒径不大于0.282mm的储氢合金样品。 8试验步骤 8.1试样 将样品室用无水乙醇（5.4）清洗干净并晾干，称取1.000g士0.200g样品（第7章）装入样品室，将样 品室拧紧，待用。 8.2平行试验 称取两份试样（8.1)进行平行测定 3 GB/T42656—2023 8.3设备气密性检测 将样品室与系统连接，然后向PCI测试仪充人设备允许的最大压力的氢气（5.1)[氮气（5.2)或氩气 （5.3），确认测试仪器无气体泄漏（泄漏率不大于1X10-g·s-1）。 8.4样品室体积测定 8.4.1将样品室与系统卸压，并将样品室稳定在要求的测试温度。 8.4.2对样品室和系统抽真空至不高于0.001MPa且读数不再变化，记录样品室压力Pr。 8.4.3：关闭试样阀，向系统内缓慢充人氨气（5.2)或氩气（5.3)，使系统压力增加0.1MPa，记录系统压力 Pdl；打开试样阀，稳定后记录样品室压力Pr2。 8.4.4重复8.4.3操作5次～7次，得到P（i=12，3，)Pa（i=1,2，）。样品室体积V²按公式（1) 计算： Pr+1 -Pri 式中： Vz——样品室体积，单位为立方厘米（cm）； Pa一系统压力，单位为兆帕斯卡（MPa)； Pr一样品室压力，单位为兆帕斯卡（MPa)； V—系统体积，单位为立方厘米（cm）。 结果保留两位有效数字，数值修约按照GB/T8170规定执行。 8.5样品活化 8.5.1将样品室和系统抽真空至不高于0.001MPa，再将样品室升温至150℃，继续抽真空30min，然 后将样品室温度降低至40℃。 8.5.2关闭试样阀，对系统充氢气至6MPa，打开试样阀使样品与氢气进行充分反应，每分钟压力变化 小于0.001MPa停止吸氢 8.5.3关闭试样阀，对系统抽真空至不高于0.001MPa，再打开试样阀使样品放氢，每分钟压力变化小 于0.001MPa停止放氢， 8.5.4将样品室升温至150℃，继续抽真空30min，然后将样品室温度降低至40℃完成样品一次 活化。 注：通常情况下认为连续3次最大吸氢量变化不大于0.05%，可认为样品完全活化，活化的温度、压力和次数取决 于样品特性，保证样品完全活化。 8.6吸氢动力学测试 8.6.1将样品室稳定在要求的测试温度。 8.6.2对样品室和系统抽真空至不高于0.001MPa。 8.6.3系统初始压力P按公式（2)计算： P2 X (V,+V2) P, = .（2) Vi 式中： P,一系统初始压力，单位为兆帕斯卡（MPa)； P，一一吸氢过程样品室初始平衡压力，单位为兆帕斯卡（MPa）； V—系统体积，单位为立方厘米（cm"）； 4 GB/T42656—2023 V2—样品室体积，单位立方厘米（cm）。 结果保留两位有效数字，数值修约按照GB/T8170规定执行。 8.6.4打开试样阀，氢气与样品发生反应，仪器自动记录压力随时间的变化，绘制吸氢量与时间的变化 曲线。吸氢量W按公式（3)计算： (P2 -P:) X (Vi+V2) XMH2 W.= :(3) mRT