稀土系储氢合金 吸放氢反应动力学性能测试方法
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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℃±3℃,测试压力范围：0.001 MPa～5 MPa。5 MPa～10 MPa
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
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/T 678 化学试剂 乙醇(无水乙醇)
GB/T 3634.2 氢气 第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢
GB/T 4842 氩
GB/T 4844 纯氦、高纯氦和超纯氦
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/T 8170 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 hydrogen absorption reaction of
hydrogen storage alloy
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 hydrogen desorption reaction of
hydrogen storage alloy
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。
GB/T 42656—2023
3.3
反应动力学性能 reaction kineties performance
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 sample chamber
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，先充入一定量氢气的固定
容积腔室。
3.6
吸氢过程样品室初始平衡压力 initial equilibrium
pressure of sample chamber during hydrogen
ab-
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 initial equilibrium
pressure in sample chamber during hydrogen
de-
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
系统初始压力 initial system pressure
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/T 3634.2,高纯氢，体积分数≥99.999%。
5.2 氦气：GB/T 4844,高纯氦，体积分数≥99.999%。
5.3 氩气：GB/T 4842,体积分数≥99.99%。
5.4 无水乙醇：GB/T 678。
GB/T 42656—2023
6 仪器设备
6.1 天平
分度值不大于0.0001 g。
6.2 压力-组成等温线(PCI) 测试仪
测试压力精度：±0.04%。
温度控制精度：±0.1℃。
样品室体积：6 cm³±1.5
cm³,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。
图 1 PCI 测试仪构造图
6.3 试验筛
50目，孔径0.282 mm。
7 样品
稀土系储氢合金破碎后过50目试验筛(6.3),获得粒径不大于0.282 mm
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1.000 g±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。
GB/T 42656—2023
8.3 设备气密性检测
将样品室与系统连接，然后向PCI 测试仪充入设备允许的最大压力的氢气(5.
1)[氦气(5.2)或氩气
(5.3)],确认测试仪器无气体泄漏(泄漏率不大于1×10-⁹ 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0.001 MPa
且读数不再变化，记录样品室压力 P。
8.4.3
关闭试样阀，向系统内缓慢充入氦气(5.2)或氩气(5.3),使系统压力增加0.1
MPa, 记录系统压力 Pa; 打开试样阀，稳定后记录样品室压力 P₂。
8.4.4 重复8 .4 . 3操作5次～7次，得到 P 。(i=1,2,3, …)Pa(i=1,2, …) 。
样品室体积V² 按公式(1)
计算：
……………… ……… (1)
式中：
V²— 样品室体积，单位为立方厘米(cm³);
P—— 系统压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
P 。— 样品室压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
V₁— 系统体积，单位为立方厘米(cm³)。
结果保留两位有效数字，数值修约按照 GB/T 8170 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0.001 MPa,
再将样品室升温至150℃,继续抽真空30 min, 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6 MPa,
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0.001 MPa
停止吸氢。
8.5.3 关闭试样阀，对系统抽真空至不高于0.001 MPa,
再打开试样阀使样品放氢，每分钟压力变化小 于0.001 MPa 停止放氢。
8.5.4 将样品室升温至150℃,继续抽真空30 min, 然 后 将 样 品 室 温 度 降 低
至 4 0 ℃ 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0.001 MPa。
8.6.3 系统初始压力 P₁ 按公式(2)计算：
………………………… (2)
式 中 ：
P- 系统初始压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
P2— 吸氢过程样品室初始平衡压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
V₁— 系统体积，单位为立方厘米(cm³);
GB/T 42656—2023
V₂— 样品室体积，单位立方厘米(cm³)。
结果保留两位有效数字，数值修约按照 GB/T 8170 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：
…………………………
(3)
式中：
W 。— 样品的吸氢量(质量分数),%;
P₂— 吸氢过程样品室初始平衡压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
P 。— 吸氢后样品室压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
V₁ — 系统体积，单位为立方厘米(cm³);
V₂ — 样品室体积，单位为立方厘米(cm³);
MH₂— 氢气摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol);
m —— 样品量，单位为克(g);
R — 摩尔气体常数，取8.314,单位为焦耳每摩尔开尔文[J/(mol ·K)];
T 。— 吸氢反应温度，单位为开尔文(K)。
结果保留两位有效数字，数值修约按照 GB/T 8170 规定执行。
8.6.5 测试结束后关闭试样阀。
8.7 放氢动力学测试
8.7.1 吸氢结束后，将样品室稳定在要求的测试温度，记录吸氢后样品室压力
P₃。
8.7.2 放氢过程样品室初始平衡压力 P₄ 按公式(4)计算：
………………………… (4)
式中：
P₄— 样品室初始平衡压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
P₃— 吸氢后样品室压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
V²— 样品室体积，单位立方厘米(cm³);
V₁—— 系统体积，单位为立方厘米(cm³)。
结果保留两位有效数字，数值修约按照GB/T 8170 规定执行。
若放氢过程样品室初始平衡压力 P₄
低于样品的放氢平台压力，进行8.7.3之后的操作；若放氢过
程样品室初始平衡压力 P₄ 高于样品的放氢平台压力，则应将吸氢后样品室压力
P₃ 调低后重新计算放
氢过程样品室初始平衡压力 P4,
直至其低于样品的放氢平台压力后，再进行8.7.3之后的操作。
8.7.3 对系统进行抽真空至不高于0.001 MPa。
8.7.4
打开试样阀，使样品室与系统连通，样品开始放氢，记录压力随时间的变化，绘制放氢量与时间
的变化曲线。放氢量 Wa 按公式(5)计算：
…………………………
(5)
式中：
W 。— 样品的放氢量(质量分数),%;
P 放氢过程样品室初始平衡压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
Ps - 放氢后样品室压力，单位为兆帕斯卡(MPa);
V₁— 系统体积，单位为立方厘米(cm³);
GB/T 42656—2023
V²- 样品室体积，单位为立方厘米(cm³);
MH₂— 氢气摩尔质量，单位为克每摩尔(g/mol);
m —— 样品量，单位为克(g);
R — 摩尔气体常数，取8.314,单位为焦耳每摩尔开尔文[J/(mol ·K)];
Ta—— 放氢反应温度，单位为开尔文(K)。
结果保留两位有效数字，数值修约按照 GB/T 8170 规定执行。
8.7.5 测试结束后对样品室和系统抽真空至不高于0.001 MPa。
8.7.6 测试结束后关闭试样阀。
8.8 试验结果
8.8.1 吸氢动力学性能结果
达到最大吸氢量60%和最大吸氢量90%之间的吸氢速率 R。以百分每秒(% ·s⁻1)
计，按公式(6)
计算：
………………………… (6)
式中：
R 。— 达到最大吸氢量60%和最大吸氢量90%之间的吸氢速率，单位为百分每秒(%
·s⁻¹); W
…og——最大吸氢量90%的吸氢量(质量分数),吸氢量与时间的变化曲线(8.6.4)上读取，%;
Wao.s——
最大吸氢量60%的吸氢量(质量分数),吸氢量与时间的变化曲线(8.6.4)上读取，%;
to.g
——达到最大吸氢量90%吸氢量的时间，吸氢量与时间的变化曲线(8.6.4)上读取，单位为秒
(s);
tao6 —
达到最大吸氢量60%吸氢量的时间，吸氢量与时间的变化曲线(8.6.4)上读取，单位为秒
(s)。
结果保留两位有效数字，数值修约按照GB/T 8170 规定执行。
8.8.2 放氢动力学性能结果
达到最大放氢量60%和最大放氢量90%之间的放氢速率R 。以百分每秒(% ·s⁻1)
计，按公式(7)
计算：
………………………… (7)
式中：
Ra— 达到最大放氢量60%和最大放氢量90%之间的放氢速率，单位为百分每秒(%
·s);
Wao.—
最大放氢量90%的放氢量(质量分数),从放氢量与时间的变化曲线(8.7.4)上读取，%;
Wao.6——最大放氢量60%的放氢量(质量分数),从放氢量与时间的变化曲线(8.7.4)上读取，%;
ta.g —
达到最大放氢量90%放氢量的时间，从放氢量与时间的变化曲线(8.7.4)上读取，单位为
秒(s);
tdo.6
——达到最大放氢量60%放氢量的时间，从放氢量与时间的变化曲线(8.7.4)上读取，单位为
秒(s)。
结果保留两位有效数字，数值修约按照 GB/T8170 规定执行。
GB/T 42656—2023
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®,
超过重复性限®
的情况不超过5%,重复性限® 使用表1的测试温度下测得的数据按照GB/T 6379.2
的规定求得。
表 1 不同类型样品的重复性限
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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®,
超过再现性限® 的情况
不超过5%,再现性限® 使用表2的测试温度下测得的数据按照GB/T 6379.2
的规定求得。
表 2 不同类型样品的再现性限
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|---|---|---|---|
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