[发明专利]一种贮氢材料压力浓度温度性能精确测试方法

摘要

本发明为测定贮氢材料压力－浓度－温度(PCT)曲线的一种方法，特别提供了一种适用范围宽的测定贮氢材料的PCT曲线的精确测试方法。本发明采用容量法，即通过连续记录贮氢材料的吸氢或者放氢过程的各部分氢气压力及温度根据MBWR方程推算出对应不同氢气压力贮氢材料的吸氢量，来获得PCT曲线，并通过计算机编程实现压缩因子的整个计算及绘图过程。本发明由于在程序中考虑了储气室温度波动对实验结果的影响，所以即使设备的储气室部分不能实现恒温，其测试获得的PCT曲线仍是真实可靠的。本发明具有很好的实用价值，使设备变得简单而易于操作，同时在测试诸如纳米碳管、钒等具有高平衡压的贮氢材料的PCT曲线时具有较高的可信度。

主权项

1、一种贮氢材料压力浓度温度性能精确测试方法，其特征在于包括如下步骤：(1)称取质量m的贮氢材料，放入样品室；(2)通过温度变送器测定储气室温度、样品室温度，压力变送器测定储气室和样品室的实验压力，样品室保持恒温；(3)首先将样品室置于温度为100～120℃下打开阀门，对整个测试系统抽真空持续60～120分钟；停止抽真空，关闭阀门，假定此时样品的储氢量为0，样品室的气体压力0；(4)向储气室中充入一定量的氢气使其压力保持在0.001-20MPa，测定并记录此时储气室的温度Tc1、压力Pc1，打开阀门，储氢室中的氢气通过连接管道进入样品室同时贮氢材料开始吸氢，当压力变送器显示的压力值在10分钟内没有变化，即认为在该压力下贮氢材料吸氢饱和，记录此时系统平衡压力Pb1以及此时储气室的温度Tb1；(5)关闭阀门，向储气室中充入压力为1kPa～20MPa的氢气，测定并记录此时储气室的温度Tc2、压力Pc2，打开阀门，储气室中的氢气进入样品室同时贮氢材料开始吸氢，当压力变送器显示的压力值在10分钟内没有变化，即认为在该压力下贮氢材料吸氢饱和，记录此时系统的平衡压力记录Pb2以及此时储气室的温度Tb2；(6)重复上述步骤3、4过程，直到贮氢材料彻底吸氢饱和；(7)待吸氢饱和后，关闭阀门，储气室放出1e-5～0.01mol的氢气后，测定此时储气室的温度Tci、压力Pci，打开阀门，样品室的氢气进入储气室同时贮氢材料放出氢气，当压力变送器显示的压力值在10分钟内没有变化即认为在该压力下贮氢材料放氢充分，记录此时系统平衡压力Pbi以及此时储气室的温度Tbi；(8)重复上述步骤6中所述的放氢过程多次，直到贮氢材料的氢气充分释放出来，记录最后一次系统平衡压力和储气室的温度；(9)以MBWR方程计算相应温度及压力状态下的氢气压缩因子Z(P，T)，然后根据公式$n=\frac{\mathrm{PV}}{\mathrm{RTZ}}$ 计算出平衡前后气态氢气的摩尔量，计算其差值数列{Δn}，对该数列求出累加和数列cumsum{Δn}，然后以平衡压力Pb为y轴，以贮氢材料氢浓度cumsum{Δn}×2/(m/M)为x轴绘出吸放氢PCT曲线；其中，R为气体常数，T为绝对温度，P为氢气的压力，M为贮氢材料的摩尔分数；(10)整个计算及绘图过程由以下程序完成，整个程序包含5个函数：mbwr-comfactor函数、mbwr-eos函数、f函数、hydron函数、hydapi函数；其中mbwr-comfactor函数用于计算氢气的压缩因子，输入变量为氢气的压力和温度，输出变量为氢气的压缩因子；mbwr-eos函数用于计算氢气的密度，输入变量为氢气的压力和温度，输出变量为氢气的密度，所用数值计算方法为割线法；f函数是由上述氢气的mbwr方程转换而来，其输入变量为氢气的密度、压力和温度，输出变量为压力，供mbwr-eos函数调用进行迭代运算；hydron函数用于计算氢气的摩尔量，其输入变量为容器的体积、气体的温度和压力，输出变量为氢气的摩尔量；hydapi函数用于计算氢原子与贮氢材料分子的摩尔比H/M增量的累加和数列，以及贮氢材料吸氢量和放氢量，并作出PCT曲线图，其输入变量为储气室压力、样品室压力、储气室温度、样品室温度、储气室体积、连接管道的体积、去除样品体积后样品室的体积、样品的摩尔量，其输出变量为吸放氢过程氢原子与储氢材料分子的摩尔比增量的累加和数列、吸放氢过程平衡压数列、储氢材料最大吸氢量和最大放氢量。