[发明专利]一种纳米CeO2催化的高容量RE-Mg-Ni基贮氢合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于贮氢合金材料技术领域，特别是提供了一种纳米CeO₂催化燃料电池用高容量RE-Mg-Ni基贮氢合金粉末及其制备技术。

背景技术

镁基合金由于贮氢密度高及资源极为丰富等特点，被公认为是最具潜力的贮氢材料。其中REMg₁₂的储氢容量约为6wt%。就其贮氢容量而言，完全满足燃料电池对容量的要求。然而，晶态的镁基合金在室温下几乎没有可逆吸放氢的能力，常规熔铸工艺制备的合金吸放氢动力学极差。研究表明，元素替代及添加适量的催化剂可以明显降低镁基合金氢化物的热稳定性并大幅度提高合金的吸放氢动力学。此外，合金的吸放氢动力学对合金的结构敏感。特别是合金结构的纳米化可以大幅度降低合金的吸放氢温度并提高合金的贮氢动力学。高能球磨被认为是制备纳米晶非晶镁基合金粉末的有效方法，使合金的贮氢动力学性能得到大幅度改善。

实验在成分设计上采用多元稀土及添加一定量的镍，在球磨的过程中加入少量的纳米CeO₂作为催化剂，获得具有纳米晶-非晶结构的粉末，在较低的温度下具有高的吸放氢能力，而且合金的吸放氢动力学性能大幅度改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高容量、优良吸放氢动力学RE-Mg-Ni基REMg₁₂型燃料电池用贮氢合金及其制备方法，通过本发明，使合金的储氢性能得到大幅度改善。从而提供一种具有高贮氢容量和良好动力学性能的纳米晶-非晶REMg₁₂型贮氢合金以及相应的制备工艺。本发明通过下面的技术方案实现其目的。

本发明的一方面提供一种燃料电池用多组元REMg₁₂型贮氢合金，其特点在于该合金含有多元稀土元素、一定量的镍及少量CeO₂催化剂，其成分为：Nd_1-xRE_xMg₁₁Ni+50(wt)%Ni+y(wt)%CeO₂,RE为稀土元素镧、铈、钇、钐、镨中的至少一种；式中x为原子比，0<x<0.5,y为CeO₂所占合金的百分比，2<y<10，优选的x=0.2；y=5。

本发明的另一方面提供一种燃料电池用贮氢合金的制备方法，其制备步骤包括：

1.按化学式组成Nd_1-xRE_xMg₁₁Ni进行配料，式中RE为稀土元素镧、铈、钐、镨中的至少一种；0<x≤0.5，其中，所述化学式组成中的镁、钕和稀土在配比时增加5%-15%比例的烧损量，原材料的金属纯度≥99.5%；

2．将称好的原料采用常规的加热方法，如电弧熔炼，感应加热熔炼或其他加热方法，其加热条件为：抽真空至1×10^-2-5×10^-5Pa，通入0.01-0.1MPa的惰性气体作为保护气体，保护气体为纯氦气或者氦气+氩气混合气体，所述混合气体的体积比约为1:1，加热温度1300-1500℃，获得熔融的液态母合金，在熔融状态下保持1-5min；然后将融化的合金浇注到水冷铜模中，获得铸态母合金铸锭。

3．真空快淬处理：将上述步骤2制备的铸锭置于底部具有狭缝的石英管内，用感应加热到铸锭完全熔融，利用保护气体的压力将其喷出，落在线速度为40m/s旋转的水冷铜辊的表面上，获得快淬合金薄片。

4.将快淬Nd_1-xRE_xMg₁₁Ni合金机械破碎并过200目筛，与粒度为200目50wt%镍粉混合装入不锈钢球磨罐，抽真空后充入高纯氩气，在全方位行星式高能球磨机中球磨20-50h(去除停机时间)，球料比1:40；转速：350r/min。球磨过程中，每球磨3h停机1h，以防止球磨罐温度过高。

5.在球磨后的材料中加入微量的纳米CeO₂催化剂，在相同的工艺下球磨5h，即获得发明所述的合金粉末。

6.用XRD测试球磨粉末的结构，用全自动Sieverts设备测试合金粉末的气态贮氢容量及吸放氢动力学。吸放氢温度为200℃,吸氢初始氢压为2MPa,放氢在1×10^-4MPa压力下进行。