《稀土系储氢合金吸放氢反应循环寿命测试方法》

T/CSTMXXXXX—202X

稀土系储氢合金吸/放氢反应循环寿命测试方法

1范围

本文件规定了稀土系储氢合金吸/放氢反应循环寿命测试方法。

本文件适用于放氢平台压力为0.1Mpa~5MPa的稀土系储氢合金锭和储氢合金粉的吸/放氢反应循环

寿命测试，其它平台压力的样品可参照本文件执行。

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，注日期的引用文件，仅

该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T678化学试剂乙醇（无水乙醇）

GB4962氢气使用安全技术规程

GB/T3634.2氢气第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢

GB/T4484纯氦、高纯氦核超纯氦

GB/T6003.1试验筛技术要求和检验第一部分:金属丝编织网试验筛

GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定

GB/T29918稀土系储氢合金压力-组成等温线（PCI）的测试方法

3术语和定义

3.1

定义1definition1

储氢合金吸氢反应hydrogenabsorptionanddesorptionofhydrogenstoragealloy

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

定义2definition2

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。

3.3

定义3definition3

循环稳定性cyclestability

在一定的温度和压力条件下，储氢合金在吸/放氢一定循环次数后的容量保持率称为储氢合金的循环稳

定性。

1

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3.4

定义4definition4

活化activation

储氢合金经过几次吸/放氢后达到最大吸氢量的过程。

3.5

定义5definition5

吸氢过程样品室初始平衡压力initialequilibriumpressureofsamplechamberduringhydrogenabsorption

在系统和样品室连通且样品未吸氢时样品室的压力。

注：测试样品循环寿命时吸氢过程样品室初始平衡压力须高于样品的吸氢平台压力。

4方法提要

稀土系储氢合金吸/放氢循环寿命采用的是等温定容法，储氢合金活化后进行吸/放氢循环测试，循环至

一定次数后测试储氢合金的吸氢容量，循环后吸氢容量与最大吸氢容量的比值为容量保持率，通常用容量保

持率表示储氢合金吸/放氢反应循环寿命。

5试剂及材料

除另有说明，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氦气：GB/T4844，高纯氦，体积分数≥99.999%。

5.3氩气：GB/T4842，体积分数≥99.99%。

5.4无水乙醇：GB/T678。

6仪器设备

6.1天平

分度值不大于0.0001g。

6.2循环寿命测试系统

测试压力精度：±0.04%

温度控制精度：±0.1℃

6.3测试系统示意图

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氢气阀

低压表循环水

储

氢试样阀

低压阀

瓶样品室

开关阀总阀

系统加热炉

放空阀

室外

室外大气

真空阀

高压表

真空泵

7测试步骤

7.1试样

7.1.1合金锭试样

取储氢合金锭试样，首先除去合金锭表面的氧化层，然后将其破碎后过试验筛，取适量300μm（48目）

-1700μm（12目）的试样备用。其中试验筛的筛孔尺寸符合GB/T6003.1中的要求。

注：试样破碎过程中要防止氧化。

7.1.2合金粉试样

将合金粉试样过试验筛，取适量75μm（200目）-500μm（35目）的合金粉备用。其中试验筛的筛孔尺

寸符合GB/T6003.1中的要求。

7.2平行试验

称取两份合金锭或合金粉试样（7.1）进行平行测定。

7.3装样

打开样品室，用无水乙醇。清洗干净并晾干备用。待样品室干燥后装入1.0~2.0g的待测合金样品，将样

品室盖拧紧，样品室移动幅度不能过大，防止金属管道折断。

7.4设备气密性检测

将样品室与系统连接，然后向测试系统充入设备允许的最大压力的氢气（氦气或氩气），确认测试系

统泄漏率≤1×10-9g•s-1即可。

7.5样品室体积测定

7.5.1将样品室与系统卸压，并将样品室稳定在要求的测试温度。

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7.5.2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Pr1。

7.5.3关闭试样阀，向系统内缓慢充入氢气（氦气或氩气），使系统压力增加0.1MPa，记录系统压力Pd1；

打开试样阀，稳定后记录样品室压力Pr2。

7.5.4重复7.5.3操作5次~7次，得到Pri（i=1，2，3，……）Pdi（i=1，2，……）。样品室体积V2按公式（1）

计算：

PPdiri1−+

VV21=……………（1）

PPri1ri+−

式中：

Pd——系统压力，单位为兆帕斯卡（MPa）；

Pri——样品室压力，单位为兆帕斯卡（MPa）；

3

V1——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。

7.6样品的活化

7.6.1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℃。

7.6.2关闭试样阀，对系统充氢至设备允许最大压力的氢气，打开试样阀使样品与氢气进行充分反应，保持

30min。

7.6.3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，保持20min。

7.6.4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：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。

7.7PCI曲线测试

遵照GB/T29918的测试方法（体积法）测定样品在要求测试温度下（30℃~80℃）的P-C-I曲线，获得样

品在要求测试温度下的吸氢平台压力Pap；

注：若已知样品在要求测试温度下的吸氢平台压力Pap可省略此步骤。

7.8吸氢动力学测试

遵照国家标准《稀土系储氢合金吸放氢反应动力学性能测试方法》测定样品在要求测试温度下（30℃

~80℃）的吸氢动力学曲线，获得样品在要求测试温度下吸氢饱和时间ta；

注：若已知样品在要求测试温度下的吸氢饱和时间ta可省略此步骤。

7.9吸/放氢循环稳定性测试

7.9.1将样品室稳定在要求的测试温度（温度范围30℃~80℃）。

7.9.2对样品室和系统抽真空至不高于0.001MPa。

7.9.3设定吸氢系统初始压力P1、吸氢平衡时间t1、脱氢时间t2（30min）和循环次数n。其中P1按公式（2）

计算，t1按公式（3）计算：

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P212V+V()

P1=……………（2）

V1

式中：

P2——吸氢过程样品室初始平衡压力（P2=Pap+3MPa），单位为兆帕（MPa）；

3

V1——系统体积，单位为立方厘米（cm）；

3

V2——样品室体积，单位立方厘米（cm）。

tt1a=+15………（3）

式中：

t1——吸氢平衡时间，单位为分钟（min）；

ta——饱和吸氢时间，单位为分钟（min）；

结果保留两位有效数字，数值修约按照GB/T8170规定执行。

7.9.4启动测试程序进行测试。

7.9.5测试结束后重新进行一次吸氢动力学测试，得到循环n次后试样的吸氢量Wn。

8结果表示

试样的循环寿命用容量保持率Sn来表示，Sn通过公式（4）来计算：

Wn

Sn=100%……………（4）

Wmax

式中：

Sn——循环n次后容量保持率，单位为百分数（%）；

Wn——循环n次数后试样的吸氢量，单位为质量百分数（wt%）；

Wmax——试料吸/放氢循环过程中最大吸氢量，单位为质量百分数（wt%）。

9精密度

9.1重复性

在重复性条件下获得的两次独立测试结果的测定值的差值不超过重复性限（r），超过重复性限（r）的

情况不超过5%，重复性限（r）使用表1测得的数据按照GB/T6379.2的规定求得。

表1重复性限（r）

吸氢容量保持率放氢容量保持率

测试温度

测试项目重复性限（r）重复性限（r）

K

%%

20周容量保持率Sn（%）3130.4160.368

9.2再现性

在再现性条件下获得的两次独立测试结果的差值不超过再现性限（R），超过再现性限（R）的情况不超

过5%，再现性限（R）使用表2测得的数据按照GB/T6379.2的规定求得。

5

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表2再现性限（R）

吸氢容量保持率放氢容量保持率

测试温度

测试项目再现性限（R）再现性限（R）

K

%%

20周容量保持率Sn（%）3130.4500.399

10试验报告

试验报告应包括以下内容：

a）本标准号

b）鉴别试样的必要说明

c）测试时间

d）测定结果

e）本标准未规定的操作

f）可能影响结果的任何情况。

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附录A

（资料性）

起草单位和主要起草人

本文件起草单位：包头稀土研究院

本文件报名参加起草单位：内蒙古科技大学、钢铁研究总院有限公司、安泰环境工程技术有限公司、扬州英

辉智悦科技有限公司、鄂尔多斯应用技术学院、内蒙古稀奥科贮氢合金有限公司、中稀（微山）稀土新材料

有限公司、内蒙古稀土功能材料创新中心有限责任公司

本文件主要起草人：王利、徐津、李宝犬、闫慧忠、胡锋、郭世海、吉力强、程宏辉、刘治平、王永光、李

军、许永燕、李一鸣、朱晓梅

_________________________________

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ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

团体标准

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稀土系储氢合金吸放氢反应

循环寿命测试方法

Testmethodforcyclelifeofhydrogenabsorptiondesorptionof

rareearthbasedhydrogenstoragealloys

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

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稀土系储氢合金吸/放氢反应循环寿命测试方法

1范围

本文件规定了稀土系储氢合金吸/放氢反应循环寿命测试方法。

本文件适用于放氢平台压力为0.1Mpa~5MPa的稀土系储氢合金锭和储氢合金粉的吸/放氢反应循环

寿命测试，其它平台压力的样品可参照本文件执行。

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，注日期的引用文件，仅

该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T678化学试剂乙醇（无水乙醇）

GB4962氢气使用安全技术规程

GB/T3634.2氢气第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢

GB/T4484纯氦、高纯氦核超纯氦

GB/T6003.1试验筛技术要求和检验第一部分:金属丝编织网试验筛

GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定

GB/T29918稀土系储氢合金压力-组成等温线（PCI）的测试方法

3术语和定义

3.1

定义1definition1

储氢合金吸氢反应hydrogenabsorptionanddesorptionofhydrogenstoragealloy

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