[发明专利]络合氢化物和储氢合金的复合储氢材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种络合氢化物和储氢合金的复合储氢材料。

背景技术

氢气是一种清洁的燃料，与氧燃烧产生纯净的水，因此无毒、无臭、无污染。在整个氢能系统中，贮氢是关键的环节。传统金属氢化物贮氢合金如AB₅、AB₂、AB和固溶体型合金的有效贮氢量不超过2wt％，难以满足未来车载氢源系统储氢容量需求。

络合氢化物如NaAlH4理论储氢容量达到5.5wt％，在Ti类催化剂作用下160℃能够实现可逆有效放氢3.5wt％以上，而受到广泛的关注(B.et al，J.AlloysCompd.253，1(1997))。然而受放氢动力学性能差的因素限制，NaAlH₄有效放氢容量速率与容量依然不理想，如其160℃，1小时放氢只有3.2wt％(T.Sun et al，J.Alloys Compds.467，413(2009))。因此，提高NaAlH₄可逆有效放氢性能依然面临较大的挑战。此外NaAlH₄价格昂贵，大量推广应用有一定的成本限制因素考虑。对此，科学家也进行了采用NaH和Al逆反应合成NaAlH₄储氢材料的方法，在降低成本的同时，取得较好的储氢性能(X.Z..Xiao et al，J.Appl.Phys.Lett.94，041907(2009))。

相比而言，传统金属氢化物如AB₅、AB₂、AB和固溶体型储氢合金的有效储氢容量低于络合氢化物，但却具备后者无可比拟的优异的储放氢动力学性能。因此，结合络合氢化物的高容量与金属氢化物吸放氢动力学性能优异的特点，复合获得具有优异储氢性能的复合储氢材料，无疑将大大推进储氢材料的应用进程。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有良好储氢性能的络合氢化物和金属氢化物的复合储氢材料，实现将来氢在规模化运输、燃料电池的固态氢源、氢提纯等领域得到广泛的应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种络合氢化物和储氢合金的复合储氢材料，该复合储氢材料由M和N两种组元复合而成，其通式为：(1-x)M+xN，其中x的质量份数为0.05～0.40，M组元为NaAlH₄粉末或等摩尔NaH与Al粉末的混合物。

N组元为由稀土元素(如镧和/或铈)、镍、锰、钛、锆、钒、铁、铬、铝和钴元素中的至少两种制备而成的AB₅、AB₂、AB或固溶体型储氢合金粉末。

本发明的络合氢化物和储氢合金的复合储氢材料是由M和N两种组元的粉末球磨复合而成，该复合储氢材料为粉末状和/或由粉末形成的团聚结构，平均粒径＜15μm。

N组元储氢合金粉末制备方法，由稀土元素(如镧和/或铈)、镍、锰、钛、锆、钒、铁、铬元素中的一种或几种，按照化学计量比配制AB₅、AB₂、AB或固溶体型储氢合金的一种，采用感应熔炼工艺制备成合金锭，经机械破碎-40目以下，按照球料重量比5∶1～30∶1与磨球密封入不锈钢球磨罐中，球磨罐抽真空30分钟后向罐内充入2～5MPa纯度＞99.99％的氢气，机械球磨20～50小时，转速300～500rpm，获得平均粒径≤30μm合金粉末。

本发明的络合氢化物和储氢合金的复合储氢材料是由M和N两种组元的粉末球磨复合而成。

复合储氢材料制备方法为：将x＝5％～40％质量百分数的N组元合金粉末与M组元NaAlH₄粉末或等摩尔NaH与Al粉末混合物，在水、氧小于1ppm手套箱内机械混合均匀后，按球料重量比5∶1～30∶1与磨球密封入球磨罐中，球磨罐抽真空30分钟后充入2.0～8.0MPa纯度＞99.99％氢气，在400～500rpm转速下机械球磨1-10h制备而成，平均粒径＜15μm。

本发明所采用的行星式球磨工艺对球的材质没有特殊要求，优选为G15球，直径为8～15mm，储氢合金粉末球磨优选直径8mm的钢球，复合储氢材料球磨优选直径15mm钢球。在一定范围内改变使用钢球材质或大小对结果影响不大，都能达到本发明的目的。

本发明的优点是：所合成的络合氢化物和金属氢化物复合储氢材料，具有良好的可逆储放氢性能。在150℃、0.1MPa放氢条件下，50分钟内的有效放氢容量大于3.7wt％。

附图说明