[发明专利]一种高容量RE-Mg-Ni-Co基贮氢合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储氢材料制备领域，特别是提供了一种高容量RE-Mg-Ni-Co基贮氢合金及其制备技术。

背景技术

由燃料电池驱动的汽车受到了国内外的高度关注，然而，由于作为氢燃料载体的贮氢材料的容量偏低而使其应用受到了极大的限制。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。特别是CeMg₁₂型镁基合金的储氢容量大于6wt%，就其容量而言，完全满足燃料电池汽车对贮氢容量的要求。然而，传统工艺制备多晶CeMg₁₂型合金在室温下几乎没有可逆吸放氢的能力，因此，降低合金氢化物的热稳定性并提高合金吸放氢的动力学性能成为研究者面临的严峻挑战。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。真空快淬及高能球磨被认为是获得纳米晶-非晶结构的有效方法。其中，真空快淬获得纳米晶-非晶结构在吸放氢过程中表现出更高的稳定性；而高能球磨能使合金颗粒的表面产生大量的晶体缺陷，从而使合金的表面活性进一步增加，改善合金的吸放氢性能。应用快淬+球磨工艺制备贮氢合金，有可能发挥两种工艺技术各自的优势，使合金的贮氢动力学性能得到大幅度改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高贮氢容量、良好动力学性能的RE-Mg-Ni-Co基贮氢合金，使合金的储氢性能得到大幅度改善。

本发明的另一目的在于提供一种高容量RE-Mg-Ni-Co基贮氢合金的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高容量RE-Mg-Ni-Co基贮氢合金，其化学式组成为：Ce_1-xRE_xMg_12-yNi_y+100(wt)%Co+z(wt)%NbF₅，式中x、y为原子比，0<x<0.5，0.5<y<3，z为NbF₅占Ce_1-xRE_xMg_12-yNi_y合金的百分含量，2<z<8，RE为稀土元素镧、钕、钇、镨、钆中的至少一种，Co与Ce_1-xRE_xMg_12-yNi_y合金的质量相同；

该贮氢合金通过以下方法制备：按化学式Ce_1-xRE_xMg_12-yNi_y进行配料并冶炼、快淬得到合金薄带、破碎、筛分、与质量比1：1的钴粉混合进行一次球磨、以纳米NdF₅为催化剂进行二次球磨，获得具有纳米晶-非晶结构的合金粉末。

所述化学式的原子比为：x=0.4；y=1；催化剂NdF₅的含量z=4。

该贮氢合金具有如下性能：为5.02%～5.82wt%，为3.71%～4.87wt%，S₁₀₀为94%～97.3%，其中：

为在初始氢压为2MPa及200℃下，5分钟内的吸氢量(wt.%)，

为在初始压力为1×10^-4MPa及250℃下，30分钟内的放氢量(wt.%)，

S₁₀₀=C₁₀₀/C_max×100%，其中，C_max是合金的饱和吸氢量，C₁₀₀第100次循环后的吸氢量。

一种高容量RE-Mg-Ni-Co基贮氢合金的制备方法，包括如下步骤：

a.按化学式Ce_1-xRE_xMg_12-yNi_y进行配料,式中：RE为稀土元素镧、钕、钇、镨、钆中的至少一种，x、y为原子比，0<x<0.5，0.5<y<3；

b.将称好的原材料在真空和/或保护气氛下感应熔炼，获得铸态母合金铸锭；

c.喷制Ce_1-xRE_xMg_12-yNi_y快淬合金薄带；