[发明专利]一种磁场下制备镁基复合储氢材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁场下制备镁基复合储氢材料的方法，属于金属功能材料技术领域。

背景技术

在不远的将来，能源问题将进一步成为制约世界经济发展的主要瓶颈。氢能作为一种可再生能源，由于其本身所具有清洁、高效等优点，正逐渐成为能源革命的突破口。氢的储存是氢能利用的关键，为了开发高容量、低成本的储氢材料，人们对储氢合金进行了大量研究。其中，镁基合金因其具备了密度小、储氢容量高、资源丰富，价格低廉等优势而备受关注。

但是纯镁的吸放氢条件比较苛刻，与氢气需要在350℃的高温下才能反应，放氢动力学也较差，不能作为实际使用的储氢材料。研究发现，镁吸氢动力学差的主要原因是氢在氢化物晶粒表面最初形成的一层MgH₂表皮上扩散过缓。而放氢温度高则主要归因于镁氢化物的高稳定性。催化相的添加能提高表面活性、增加扩散通道，改善镁的氢化动力学，同时通过添加物可降低晶胞体积，使镁的氢化物的稳定性稍有下降。另一种可以改变氢化物稳定性的方法就是改变其结构。当制备出的储氢材料具有无定形或纳米晶、非晶结构时，材料的吸放氢动力学性能将得到提高。

综合看来，镁基合金材料结构的纳米化和高催化性能多元系合金的开发是今后的研究方向。进行催化复合掺杂、控制储氢材料的显微结构，对于提高材料的储氢性能以及开发新型复合储氢材料都具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁场下制备镁基复合储氢材料的方法。采用本发明的方法能制备出均匀、高活性的复相储氢合金材料；本发明方法制备的镁基复合储氢合金还具有容量高、氢化动力学性能好等特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁场下制备镁基复合储氢材料的方法，其特征在于该方法具有如下工艺步骤：

1)按照镁基储氢合金与催化相的配比称取各组分，其中催化相的量占总重量的5～15wt.％，在手套箱中利用玛瑙研钵研磨10～20min使其充分混合；

2)将上述混合物用镍片包裹后置于不锈钢坩锅中并放入高压反应釜内，反复抽真空3～5次，随后通入纯度≥99.999％的氢气，压力达到1.0～5.0MPa后静置10～30min；

3)将高压反应釜置于1～12T的稳恒强磁场中，通过一弱磁性材料制成的管式加热炉对材料进行加热，升温速率为3～10℃/min，升温至350℃后保温100～300min，随炉冷至室温后将材料取出，将其真空包装后得到镁基复合储氢材料。

上述制备镁基复合储氢合金的方法中所述的基体为La₂Mg₁₇合金，催化相为Fe₃O₄、Nb₂O₅或Ni粉中的一种。

上述制备镁基复合储氢合金的方法中所述的材料氢化复合过程为在5MPa氢气气氛和6～12T的稳恒强磁场中，按5℃/min的升温速率加热至350℃并保温180min。

上述制备镁基复合储氢合金的方法中所使用的高压反应釜和管式加热炉装置均由弱磁性的不锈钢材料制成。

本发明方法的原理是：在高压的氢气气氛中，利用强磁场和加热源提供的能量，使合金、催化相与氢气发生交互作用，形成氢化物和新的催化相，其中氢化物的形成是一种外场作用下的气-固无氧燃烧反应，反应产生的热量又触发新相的形成，是一种节能高效的制备镁基储氢合金的方法。同时，磁场的存在降低了反应温度，从而避免了合金晶粒在高温下的长大，起到细化晶粒的作用。

本发明方法与现有技术相比，具有以下优点：

1)磁场通过影响物质中电子的运动状态而对其传递能量，与传统的热传导方式相比，它能更均匀的传递能量，从而使复合材料获得均匀的相分布；

2)稳恒磁场下制备的镁基复合储氢材料具有较好的纯度和氢化性能，磁场能在一定程度上抑制La(OH)₃的形成，同时促进La形成氢化物；

3)磁场能对储氢材料制备过程中的化学反应和相变产生强烈的热力学影响，降低反应温度，缩短反应时间，不但可以起到细化晶粒的效果，更可达到节能高效的目的；

4)压力-成份-温度(PCT)及动力学性能测试表明，本发明方法制备的镁基复合储氢材料活化性能优异，储氢容量大、动力学性能好；

5)除了实施例中列举的储氢体系外，该方法还适用于其它镁系复合储氢材料的制备。

附图说明

图1本发明中实施例1中镁基复合储氢材料的XRD图谱(制备条件为：无外场(下图谱)；6T磁场(中图谱)；12T磁场(上图谱))；