【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及固態儲氫合金，具體是一種固溶體儲氫合金吸放氫曲線預測方法、系統和可讀介質。
技術介紹
1、目前，氫氣的儲存方式主要有高壓氣態儲存、低溫液態儲存和固態儲存三種。其中，固態儲氫因其安全性高、體積密度大、成本低等優點，被認為是最具發展潛力的儲氫方式之一。固態儲氫材料主要包括金屬氫化物、化學氫化物和納米結構材料等，其中金屬氫化物因其高的儲氫容量和良好的動力學性能而受到廣泛關注。
2、目前近室溫下具有可逆吸/放氫性能的儲氫合金主要有稀土系(lani5)、tife基合金、timn基合金、v基bcc固溶體合金以及高熵合金(heas)等。其中，bcc(體心立方)固溶體儲氫合金是指具有體心立方晶體結構的金屬或合金，能夠大量吸收和可逆釋放氫氣，因此被廣泛研究和應用于儲氫領域。這些合金通常由過渡金屬組成，如鉻、鈦、釩等，它們與氫氣反應生成金屬氫化物。bcc固溶體儲氫合金的晶體結構較為簡單，由一個立方體組成，每個立方體的角落和中心各有一個原子。這種開放的晶體結構為氫原子提供了較大的空間，使其容易進入和逃逸。在bcc固溶體儲氫合金中，氫原子通常占據晶格中的八面體間隙位。這些間隙位提供了氫原子存儲的空間，并且可以在不同的溫度和壓力下釋放氫氣。bcc固溶體儲氫合金可以通過改變組成元素來調整其儲氫性能，如提高儲氫容量、改善動力學性能或增強熱穩定性。bcc固溶體合金能夠達到較高的儲氫重量百分比，這使得它們在輕質儲氫材料中具有競爭力，具有良好的熱穩定性，它們可以在較寬的溫度范圍內工作，適用于不同的環境和應用。由于其穩定的晶體結構，bcc固
3、盡管bcc固溶體儲氫合金具有優異的儲氫性能，但其吸氫機理和性能優化仍然是材料科學領域的研究難點。傳統的實驗方法在研究bcc固溶體儲氫合金的吸氫性能時，存在成本高、周期長、效率低等問題。此外，通過實驗很難對合金內部的微觀過程進行精確調控和實時監測，限制了人們對吸氫機理的深入理解。因此，開發一種快速、準確的預測方法對于bcc固溶體儲氫合金的儲氫性能研究具有重要意義。
技術實現思路
1、為解決現有技術中存在的技術問題，本專利技術提供了一種固溶體儲氫合金吸放氫曲線預測方法、系統和可讀介質。本專利技術基于熱力學原理，用于預測合金在不同溫度和氫濃度下的性能，快速預測bcc固溶體合金的吸氫pct(壓力-組成-溫度)曲線和吸氫焓變，從而為儲氫合金的設計和優化提供理論依據。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、本專利技術公開一種固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，包括：
4、步驟1、獲取一種bcc固溶體儲氫合金即待測合金的基礎數據；
5、步驟2、獲取吸/放氫的模擬條件，所述模擬條件包括氫組成步長和反應體系溫度；
6、步驟3、根據所述基礎數據計算待測合金在所述模擬條件下吸/放氫的熱力學性能參數；
7、步驟4、通過比較待測合金不同相的氫化學勢，搜索吸/放氫的平衡狀態，并記錄平衡狀態下的氫氣濃度；
8、步驟5、基于范特霍夫方程并結合所述熱力學性能參數，計算待測合金在吸/放氫過程中的平衡壓力；
9、步驟6、重復執行多次步驟2～5，每次根據需要更改模擬條件中的反應體系溫度，從而得到多組不同反應體系溫度下的氫氣濃度和平衡壓力關系數據，據此形成待測合金吸/放氫的壓力-組成-溫度曲線，即pct曲線。
10、作為上述方案的進一步改進，待測合金在吸/放氫過程中的平衡壓力p的計算公式為：
11、
12、式中，p0為標準壓力，取值為101.325kpa；exp(·)表示自然指數函數；δh和δs分別為待測合金在吸/放氫過程中的總焓變和總熵變；r為理想氣體常數，取值為8.314j·mol-1·k-1；t為反應體系溫度。
13、作為上述方案的進一步改進，步驟1中，所述基礎數據包括待測合金的元素組成、原子分數、原子質量、氫化物形成能、鍵合能。
14、作為上述方案的進一步改進，步驟3包括以下具體步驟：
15、步驟3.1、計算待測合金相變過程中的焓變δhm：
16、δhm＝etotal_δ-etotal_α
17、式中，etotal_α為α相的總鍵合能；etotal_δ為δ相的總鍵合能；etotal_α＝∑i,j(ci·cj·ebongding_α,i,j)；etotal_δ＝∑i,j(ci·cj·ebongding_δ,i,j)；其中，ci和cj分別為待測合金中第i個和第j個元素的原子分數；ebongding_α,i,j為α相中第i個和第j個元素之間的鍵合能；ebongding_δ,i,j為δ相中第i個和第j個元素之間的鍵合能；
18、步驟3.2、計算氫在待測合金中的焓變hm：
19、hm＝∑(ci·hi)
20、式中，ci是合金中第i個元素的原子分數，hi是第i個元素的氫化物形成能；
21、步驟3.3、步驟3.3、由δhm和hm累加得到待測合金在吸/放氫過程中的總焓變δh；
22、步驟3.4、計算待測合金在吸/放氫過程中的總熵變δs：
23、
24、式中，sc為與待測合金中氫原子的分布相關的配置熵變；ch為氫的摩爾分數；s0(t)為氫氣的標準熵變；t為反應體系溫度。
25、作為上述方案的進一步改進，步驟3.4中，配置熵變sc的計算公式為：
26、
27、式中，r為理想氣體常數，取值為8.314j·mol-1·k-1；θ為每個金屬原子可用的間隙位點數量；r為氫原子對間隙位點的占據情況；
28、氫氣的標準熵變s0(t)的計算公式為：
29、
30、式中，a、b、c、d、e、g為標準系數，取值分別為a＝33.066178、b＝-11.363417、c＝11.432816、d＝-2.772874、e＝-0.158558、g＝172.707974。
31、作為上述方案的進一步改進，步驟4中，氫化學勢μh的計算公式為：
32、
33、作為上述方案的進一步改進，步驟4中，計算在反應體系溫度下固溶體儲氫合金的α相的氫化學勢μh_α和δ相的氫化學勢μh_δ，當|μh_α-μh_δ|低于一個預設閾值時，判定此時為吸/放氫的平衡狀態。
34、作為上述方案的進一步改進，在步驟1之前，所述方法還包括以下步驟：
35、數據準備：采集并整理多種bcc固溶體儲氫合金的元素組成、原子質量、氫化物形成能、鍵合能，并將數據以csv文件格式存儲，從而構建供步驟1中獲取所述基礎數據的數據庫；其中，構成固溶體儲氫合金的金屬元素包括mg、al、sc本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，待測合金在吸/放氫過程中的平衡壓力P的計算公式為：
3.根據權利要求1所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，步驟1中，所述基礎數據包括待測合金的元素組成、原子分數、原子質量、氫化物形成能、鍵合能。
4.根據權利要求1至3任一項所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，步驟3包括以下具體步驟：
5.根據權利要求4所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，步驟3.4中，配置熵變SC的計算公式為：
6.根據權利要求5所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，步驟4中，氫化學勢μH的計算公式為：
7.根據權利要求1所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，步驟4中，計算在反應體系溫度下固溶體儲氫合金的α相的氫化學勢μH_α和δ相的氫化學勢μH_δ，當|μH_α-μH_δ|低于一個預設閾值時，判定此時為吸/放氫的平衡狀態。p>
8.根據權利要求1所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，在步驟1之前，所述方法還包括以下步驟：
9.固溶體儲氫合金吸放氫曲線預測系統，其特征在于，應用如權利要求1至8中任意一項所述的固溶體儲氫合金吸放氫曲線預測方法；所述系統包括：
10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述程序被處理器執行時，實現如權利要求1至8中任意一項所述的固溶體儲氫合金吸放氫曲線預測方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，待測合金在吸/放氫過程中的平衡壓力p的計算公式為：
3.根據權利要求1所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，步驟1中，所述基礎數據包括待測合金的元素組成、原子分數、原子質量、氫化物形成能、鍵合能。
4.根據權利要求1至3任一項所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，步驟3包括以下具體步驟：
5.根據權利要求4所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，步驟3.4中，配置熵變sc的計算公式為：
6.根據權利要求5所述的固溶體儲氫合金的吸放氫曲線預測方法，其特征在于，步驟4中，氫化學勢μ...
【專利技術屬性】
技術研發人員：何禮青，陳學東，范志超，徐雙慶，陳煒，周煜，程騰飛，方王剛，黃靜，任興海，
申請(專利權)人：合肥通用機械研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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