[发明专利]一种水解制氢用镁基氢化物复合体系及其制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明涉及能源化学和化学电源产品技术领域，具体涉及一种水解制氢用镁基氢化物 复合体系及其制备方法和制氢应用。

背景技术：

随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大，传统化石能源日趋枯竭，CO₂的排放 致使温室效应日益严重。在这种情况下，人们迫切需要开发新型绿色替代能源，氢能便是 最有前景的能量形式之一。氢是一种高能量密度、清洁的新能源，并且来源广泛，本身对 人体无毒副作用。近几年，燃料电池发展迅速，特别是质子交换膜燃料电池，因其工作效 率高，反应温度低等优点，有望成为21世纪的重要发电方式。氢作为燃料电池的最佳燃 料，可直接将氢能转化为电能。但是，用氢气作燃料电池的燃料也存在许多困难，主要是 缺乏方便、可直接利用的供氢方法和安全、高效、经济、轻便的储氢技术。

目前为燃料电池供氢的方式主要有四种：1)高压气态储氢法；2)低温液态储氢法； 3)固态储氢法；4)甲醇、汽油或天然气重整制氢法。前三种方法可以看成是将氢通过不 同方式存储起来，在需要时通过改变存储环境达到放氢的效果，第四种方法则是直接制取 氢气。其中固态储氢法利用储氢合金、配位氢化物等储存氢，这种技术的储氢体积密度较 高，从储氢量和安全性来最具有很大的发展空间。在众多储氢合金中，镁基储氢合金由于 由于储氢容量高、资源丰富、质量轻和对环境污染小等优点，所以被认为是最有希望的燃 料电池用储氢合金材料。但是镁基合金吸放氢温度较高，动力学性能不够理想，特别是放 氢温度通常需要达到250～300℃以上。尽管通过不懈的研究，采用不同制备方法等手段降 低放氢温度，但仍须200℃以上才能放氢，且有效放氢量有限，难以满足实际应用。

随着燃料电池和氢能研究的不断深入，人们利用多种储氢供氢技术构建了不同的移动 氢气发生设备。但受吸放氢条件、产氢率、成本等因素的影响，距离实际应用仍有一定的 距离。采用镁基氢化物水解供氢是一种简单有效的制氢方法，可在常温常压下制取氢气。 但镁基氢化物的水解反应动力学性能较差，有效制氢量较低。同时氢化物的制备条件苛刻， 传统制备方法需要在300～400℃，压力达40MPa才能与氢反应，制备成本较高。本发明利 用氢化燃烧合成法制备低成本、高活性的镁基氢化物复合体系，结合氢化物水解技术，可 在常温常压条件下随时制取氢气，并拥有较高的制氢转化率。

发明内容：

本发明的目的是提供一种水解制氢用镁基氢化物复合体系的制备方法。该法原料来源 广泛，价格低廉，合成过程简单，省时省能。可规模化制备高活性水解用镁基氢化物。

本发明的技术方案可按以下方式实施：

一种水解制氢用镁基氢化物复合体系，其特征在于该复合体系是按照如下方法制备得 到的：取镁粉和镍粉，摩尔比为30∶1～49∶1，在用量为镁粉和镍粉混合物总重量3～10％的催 化剂和适量的有机分散剂的作用下氢化燃烧合成，再进行强力机械球磨；所得水解制氢用 镁基氢化物复合体系中镁氢化物占氢化物总重量百分比为95～98％，镁镍氢化物2～5％；其 中，所述催化剂为石墨、B、Al、La、Ca、V、Ce、Nb中的一种，镁氢化物为MgH₂，镁 镍氢化物为Mg₂NiH₄和Mg₂NiH_0.3以任意比的混合物。所述的镁粉和镍粉的优选摩尔比为 40∶1～49∶1。催化剂用量优选镁粉和镍粉总重的5～7％。本发明水解制氢用镁基氢化物复合 体系由氢化物和催化剂组成。氢化物由镁氢化物和镁镍氢化物组成。

所述的氢化燃烧合成工艺包括如下步骤：将摩尔比为30∶1～49∶1的镁粉和镍粉添加催 化剂和适量的有机分散剂，经高能球磨预处理，混合均匀，置于压力为1～2MPa的氢气气 氛反应器中，升温到803～853K保温1h，然后降温到603～643K保温2～20h，再自然降温 至室温。所述催化剂为石墨、B、Al、La、Ca、V、Ce、Nb中的一种。

所述的强力机械球磨条件优选为将氢化燃烧合成产物处于氩气或氢气气氛的保护下， 球磨时间为0.5～20h，球料比为20∶1～50∶1。

所述的氢化燃烧合成之前可采用强力机械球磨进行预处理，球磨时间为0.5～20h，球 料比为20∶1～50∶1。

上述镁基氢化物复合体系的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：