[发明专利]一种泡沫状结构的复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种泡沫状结构的复合储氢材料及其制备方法，该复合储氢材料由M重量分数的NaAlH₄储氢材料和N重量分数的Laves相系金属氢化物混合均匀压制而成。复合材料通式为(100％-x)M+xN，其中，x的质量百分数为30wt％～40wt％，M为NaAlH₄粉末。N为由钛、锆、钒、铁、铬、锰、铈、镧元素中的几种制备而成的Laves相钛系储氢合金粉末。泡沫状空间结构的复合储氢材料具有良好的储放氢性能，在0.1MPa放氢压力下150℃，50分钟内有效放氢3.7wt％以上。

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。

NaAlH₄理论储氢容量为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.Alloys Compd.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))。

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复合储氢材料及其制备方法，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：

该复合储氢材料由M重量分数的NaAlH₄储氢材料和N重量分数的Laves相钛系金属氢化物混合均匀压制而成。复合材料通式为(100％-x)M+xN，其中，x＝30％～40％质量百分数，M为NaAlH₄粉末。N为由钛与选自锆、钒、铁、铬、锰、铈、镧元素中的一种或几种制备而成的Laves相钛系储氢合金粉末。泡沫状空间结构的复合储氢材料具有良好的储放氢性能，在0.1MPa放氢压力下150℃，50分钟内有效放氢3.7wt％以上。

Laves相钛系金属氢化物有效储氢容量低于NaAlH₄，但储放氢动力学性能优异。结合NaAlH4材料的高储氢容量与Laves相钛系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。

在本发明的泡沫状结构的复合储氢材料中，所述的Laves相结构钛系储氢合金粉末平均粒径≤100nm。

在本发明的泡沫状结构的复合储氢材料中，复合材料中的NaAlH₄储氢材料为粉末状，其纯度不低于99.5％，平均粒径≤50um。

在本发明的泡沫状结构的复合储氢材料中，所述的NaAlH₄储氢材料粉末与Laves相结构的钛系储氢合金粉末混合均匀压制过程是，按上述重量百比称重的NaAlH₄储氢材料粉末和Laves相结构钛系储氢合金粉末，在Ar或N₂气氛保护下进行200-700MPa机械压制成型，其中，Ar或N₂的纯度不低于99.5％，压制时间为10分钟～20分钟，形成的多孔泡沫状空间结构。

在本发明的泡沫状结构的复合储氢材料中，Ar或N₂的气体纯度优选不低于99.99％。

制备本发明的泡沫状结构的复合储氢材料的方法如下，按上述的本发明的泡沫状结构的复合储氢材料重量百比称重的NaAlH₄储氢材料粉末和Laves相结构钛系储氢合金粉末，在Ar或N₂气氛保护下经机械球磨10h-15h后，进行200-700MPa机械压制成型，压制时间为10分钟～20分钟，形成的多孔泡沫状空间结构。