[发明专利]镁基储氢材料纳米化方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种镁基储氢材料，更特别关于纳米化镁基化合物的方 法。

背景技术

在储氢材料的研究中，为提高有效储氢量、加速吸放氢速率、及降低 吸放氢温度，材料纳米化(nanotization)为新研究方向。目前以机械方式纳 米化具有延展性的材料如镁基化合物或添加的高硬度材料有其困难，原因 在于磨球尺寸不是纳米尺度且与研磨材料的相对尺寸过大，因此难以施加 纳米级的应力于上述材料。对于延展性材料而言，球磨虽可破坏材料，但 破坏后的材料易于再结晶成更大尺寸，因此无法有效将其晶体尺寸缩小至 纳米级。为避免再结晶现象，公知方法是利用液态氮降低延展性材料如铝 基化合物的延展性，但上述低温研磨工艺将会增加成本。

综上所述，目前仍需新的研磨方法以形成纳米级储氢材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁基储氢材料纳米化方法，以采用研磨方 法形成纳米级储氢材料。

为实现上述目的，本发明提供的镁基储氢材料纳米化方法，包括将镁 基化合物与纳米碳材于钝气氛围下混合研磨，形成纳米级镁基储氢材料； 其中该纳米级镁基储氢材料的尺寸小于100纳米，该镁基化合物与该纳米 碳材的重量比介于100∶0.5至100∶1之间，该混合研磨的时间介于6小时至 12小时之间。

附图说明

图1是本发明中实施例1及比较实施例1的储氢速率比较图。

具体实施方式

本发明提供的镁基储氢材料纳米化方法，包括将镁基化合物与纳米碳 材于钝气氛围下混合研磨，形成纳米级镁基储氢材料。纳米级镁基储氢材 料的定义为尺寸小于100纳米。

上述镁基化合物为镁或镁为主的合金如Mg_1-xA_x，A系Li、Ca、Ti、 V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、O、 Si、B、C、F或Be，且0＜x≤0.3。

合适的纳米碳材可为碳纳米管、碳纳米粉体、或上述的混合物。碳纳 米管可为单层或多层碳纳米管，其管径约介于12至15nm之间。在本发明 一实施例中，碳纳米管购自aldrich。碳纳米粉体的粒径约介于10nm至30nm 之间。在本发明一实施例中，碳纳米粉体购自aldrich。

在本发明一实施例中，镁基化合物与纳米碳材的重量比介于100∶0.5 至100∶1之间。过多的镁基化合物会造成储氢材料吸氢温度上升及晶界尺 寸过大的现象，而过多的纳米碳材会造成吸氢重量比的下降。

将上述镁基化合物与纳米碳材混合后，于惰性气体如氮气、氩气下进 行球磨。球磨工艺的研磨珠为直径8～10mm钨钢球，温度为27至40℃之 间，压力为1.0至2.0atm之间，时间为6至12小时之间。当研磨时间大 于12小时时，将会造成晶粒过度成长，但小于6小时时，将无法将晶粒 磨到纳米级。

经上述研磨工艺后，即形成所谓的纳米级镁基储氢材料。由于本发明 以更小、更硬、及更高刚性的碳纳米管作为研磨浆，研磨珠可将研磨应力 集中于纳米尺度。高内部应力可使破坏面迅速延伸至镁基化合物内部，将 其破坏至纳米尺寸，并在材料内部引进大量的晶体内部应力与高角度晶 界。如此一来，纳米级镁基储氢材料的结构具有很多的晶界缺陷，可作为 氢原子扩散的快速通道，有助于储氢材料快速储存或释放氢原子。在应用 方面，可使有效储氢量逼近理论最大储氢量，加速吸放氢速率，及降低吸 放氢温度。在本发明一实施例中，纳米级镁基储氢材料在150℃至300℃ 之间的吸放氢速率大于0.0073L/s。在本发明另一实施例中，纳米级镁基 储氢材料在室温(25℃)的吸放氢速率介于0.0051L/s至0.0073L/s之间。