[发明专利]用于储氢的镁合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种储氢材料，特别是涉及一种可用作储氢材料的铸造合金。 

背景技术

由于世界人口的膨胀和经济活动的增加，甚至有增高的二氧化碳的大气浓度正在使地球变暖而引起气候变化的增强信号。在世界上的石油和矿物燃料能源最终耗尽而将不可避免地需要发现其它经济能源的同时，更加显著的全球变暖的信号已增加了全球能源体系为舍弃富含碳的燃料而承受的压力，因为富含碳的燃料的燃烧会产生一氧化碳和二氧化碳气体。 

氢能正引起大量的兴趣并且预期最终代替基于石油的燃料。但是，在氢用作实际燃料之前仍然存在必须克服的几个技术问题和障碍，主要的障碍是可行的储氢系统的开发。虽然氢可作为压缩气体或液体储存，但前者占据大体积，后者产生的能源消耗量大，降低任何环境效益。另外，如果压力储存罐被破裂，气态和液态氢都是有潜在危险的。 

储氢的更安全、更简洁的方法是将氢储存在固体材料内。当在较低压力下渗入氢时，金属和金属间化合物能以安全、固体的形式吸收大量的氢。当需要时，对合金简单加热，储存的氢可被释放。作为固体氢化物储存的氢可提供大于压缩气体的重量百分比储存量。但是，所需的储氢材料必须具有相对于材料重量的高储存容量、适合的解吸附温度、良好的动力学、良好的可逆性以及较低的成本。 

纯镁具有7.6重量％的充足理论的氢承载能力。但是得到的氢化物太稳定，而且为了释放氢温度必须升高到278℃。该解吸附温度使得这些材料在经济上没有吸引力。较低的解吸附温度是所希望的，不仅降低释放氢所需要的能量，而且使来自车辆废热能够有效利用以释 放氢。相对于纯镁，化合物Mg₂Ni具有3.6重量％的降低的储氢能力，但是重要地是，释放氢需要的温度降低到低于纯镁所需的温度。认为储氢的机理涉及显微结构的(固体)氢化物颗粒，即MgH₂和Mg₂NiH₄ 的形成。 

目前，已使用触变铸造技术和随后部分再熔化和淬火(Y.-J.Kim，T.-W.Hong：Materials Transactions 43(2002)1741-1747)以制造Mg-Ni合金，所述Mg-Ni合金由通过细化Mg-Mg₂Ni共晶包围的富含镁的树枝状晶体构成。这些合金吸收大量的氢，类似于纯镁，以及仅表现出在压力-组成-温度(PCT)曲线中的单一氢吸收稳定段，即对于各相不分开的稳定段。认为镍和/或Mg₂Ni相起到催化剂的作用，通过MgH₂ 的形成而改善氢转移到富含镁的固体相内的动力学。 

该认识已促进使用纳米技术和粉末冶金技术的研究(参见S.Orimo和H.Fuji的评述，Applied Physics A 72(2001)167-186)以制造具有大的内界面面积的材料。这些技术引人注目，因为它们产生大的界面面积并且它们形成了结晶缺陷如错位和孪晶，这样将把潜在的催化剂分配到整个显微结构中，使得它们能够对反应的动力学具有广泛的影响。遗憾地是，纳米级粉末冶金技术提供对相的晶体结构(即界面、孪晶等)的有限控制，但粉末是高度爆炸性的并且对于商业储氢部件的大规模批量制造来说价格非常昂贵。至今没有研究报道过考虑采用更适用于批量生产的低成本方法来制造较高性能的储氢部件的方法。 

本发明的目的是提供一种使用改进的储氢能力的可铸造的MgNi合金。 

在说明书中引用的现有技术没有并且不应当作为这样一种情况的确认或任何形式的暗示，即该现有技术形成在澳大利亚或任何管辖权范围内的普通常识的部分。 

发明内容

根据一个方面，本发明可提供一种制造储氢材料的方法，该方法包括步骤：形成具有至少一种细化元素添加物的镁-镍熔体，所述细化 元素能够在镁-镍金属间相中促进具有增加的孪生的细化共晶组织，以及固化镁-镍熔体成为具有所述细化共晶结构的储氢材料。 

在一优选实施方案中，镁-镍熔体通过下述步骤形成：通过向镁熔体中加入镍以制造大于0至达到50重量％镍的范围内的亚共晶镁-镍合金，均质化该镁-镍熔体，在保护气氛下以大于0至2重量％、优选大于0且小于500ppm的加入率向所述熔体中加入所述细化元素。