[发明专利]改善Li-Mg-N-H体系储氢材料放氢动力学的催化剂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及储氢材料催化领域，具体为一种能够提高Li-Mg-N-H体系储氢材料放氢动力学的催化剂。

背景技术

能源是人类活动的源泉，清洁能源更是人类社会实现可持续发展的基础，而近年来石油、煤炭等化石燃料因过分开采而日趋枯竭，从而引发了人类社会深刻的能源危机。氢气是一种清洁的燃料，无毒、无臭；和氧燃烧产生纯净的水。因此，它的使用对大气的污染很小，从环保的角度来看，氢气无疑是一种理想的燃料。在整个氢能系统中，贮氢是关键的环节。经过30多年的研究开发，贮氢合金已广泛用于氢的贮存和运输、氢同位素分离、温度和压力传感器、有机化合物氢化反应的催化剂和镍氢电池等领域。然而，传统的贮氢合金AB₅、AB₂、AB和A₂B型贮氢合金的贮氢量均不超过2wt％。这对于贮氢合金应用的某些领域(如燃料电池)是远远不够的。根据美国能源部(DOE)的估计，对于一个标准的质子交换膜燃料电池(PEMFC)汽车，行程480km需要氢气大约358kg。这要求贮氢合金的贮氢量超过6wt％，并且体积比密度超过60kg·m-3(H₂)。国际能源协会(IEA)也要求贮氢量为5wt％，并且放氢温度低于423K，循环寿命超过1000次。世界能源网络部(WENET)虽然降低贮氢量的要求至3wt％，但同时要求放氢温度不超过373K(这也是贮氢合金实用化的要求)，循环寿命超过5000次。因此，最近六年，贮氢材料的研究和开发转向高容量、长寿命材料的研究，其中Metal-N-H系列储氢材料具有很高的氢容量。例如Li₃N的理论最大储氢量可达10.5wt％，Li-Mg-N-H系列储氢材料的理论储氢量也在.5.5～8wt％之间，该体系储氢材料主要包括：Mg(NH₂)₂+LiH和LiNH₂+MgH₂两种混合物。这强烈吸引了材料科学工作者的兴趣。研究表明Li₂MgN₂H₂储氢材料363K对应着放氢压为0.1Mpa，这意味着该材料在放氢热力学方面满足实用条件，而且具有很高的氢含量。但是，其本身具有吸放氢温度高，放氢动力学缓慢等缺点。所以大量的研究工作旨在解决Li-Mg-N-H体系储氢材料的上述问题。

为提高Li-Mg-N-H体系储氢材料的放氢动力学，从选择的催化剂角度考虑，目前已选用的催化剂有：单壁、多壁、活性炭、和经过修饰的单壁、Ni、Fe、Co、Ti、TiO₂、VCl₃、TiCl₃等纳米粉体。然而，上述的催化剂对Li-Mg-N-H放氢动力学提高的效果还不是很明显，而且催化剂的制备成本很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价格低廉的催化剂，利用该催化剂可以有效改善Li-Mg-N-H体系储氢材料放氢动力学性能。

本发明的另一个目的在于提供一种改善Li-Mg-N-H体系储氢材料放氢动力学的方法。

为了实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种改善Li-Mg-N-H体系储氢材料放氢动力学的催化剂，该催化剂为(Ti-Cr-V)-Mn-R合金，其中R为Ce或富Ce混合稀土，该合金的成分和含量为：钛元素为20～30wt％，钒元素为30～45wt％，铬元素为25～35wt％，锰元素为5～15wt％，R为1～5wt％。

本发明所使用的富Ce的混合稀土的成分和含量如下：Ce(50.57wt％)，La(33.47wt％)，Pr(4.64wt％)，Nd(11.32wt％)；但本发明并不限于具有上述成分和含量富Ce的混合稀土，一般来讲，在富铈混合稀土中，Ce的含量在40重量％以上，其余是Nd、La和Pr稀土元素，本发明也是可以使用该富铈混合稀土的。

所述的(Ti-Cr-V)-Mn-R合金为平均粒径≤50μm的合金粉。

所述的合金粉是采用氢化处理和/或机械破碎的破碎方法制成的粉状。

一种改善Li-Mg-N-H体系储氢材料放氢动力学的方法，将本发明的(Ti-Cr-V)-Mn-R合金利用球磨方式与Li-Mg-N-H体系材料进行复合，(Ti-Cr-V)-Mn-R合金相对于Li-Mg-N-H体系材料的复合比例为：1～15mol％；球磨具体工艺参数为：球料重量比5～15∶1，球磨时间5～30小时，罐内充入0.5～3Mpa的保护气氛。

所述的保护气氛为氢气、氩气、氦气中的一种或几种。