[发明专利]CoS2催化的高容量贮氢合金及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种CoS₂催化的高容量贮氢合金及其制备方法，特别是涉及一种CoS₂催化的高容量Mg-Y-Zr-Ni-Co-Fe基Mg₂Ni型贮氢合金粉末及其制备方法，属于贮氢合金材料技术领域。

背景技术

Mg₂Ni型合金由于其高的贮氢量而被认为是最具希望的贮氢材料和Ni-MH电池的负极材料，比如Mg₂NiH₄为3.6 wt.%, Mg₂CoH₅为4.5 wt.%，Mg₂FeH₆ 为5.4 wt.%。

然而，上述氢化物极高的热稳定性导致其吸放氢动力学性能极差。为了克服上述缺点，各种方法，包括机械合金化、熔体快淬、添加催化剂等已经被广泛应用。尽管在改善合金贮氢性能方面已经取得了很大的进展，但合金的吸放氢动力学性能仍然不能满足实际应用的要求。

研究结果表明，元素替代是降低合金氢化物热稳定性的有效方法，特别是A侧用稀土、锆和钛部分替代镁，B侧用过渡族金属元素部分替代镍可明显改善合金的贮氢性能。此外，合金的吸放氢性能对其结构非常敏感，特别是具有纳米晶-非晶结构的合金，其吸放氢动力学性能非常优良。

高能球磨是一种制备纳米晶/非晶镁基合金非常有效的方法。然而，球磨形成的亚稳态结构会在多次吸放氢循环的过程中逐渐消失，以致球磨镁基合金的吸放氢循环稳定性很差。与球磨相比，熔体快淬技术能克服上述缺点。此外，熔体快淬是获得纳米晶/非晶结构的有效方法，且非常适合于批量化制备纳米晶/非晶镁基合金。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种CoS₂催化的高容量贮氢合金及其制备方法，通过本发明，使合金的贮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Mg₂Ni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。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种CoS₂催化的高容量贮氢合金，所述合金的成分为：Mg_24-x-yY_xZr_yNi_12-z-mCo_zFe_m+n wt.%CoS₂，式中x、y、z、m为原子比，1<x<4, 0.5<y<2, 1<z<3, 0.2<m<1；n为CoS₂所占合金的百分比，2<n<10。

优选的，本发明中，原子比为x:y:z:m=3.0:1.0:20:0.5；n=6。

本发明同时提供了一种CoS₂催化的高容量贮氢合金的制备方法，所述制备方法是在惰性气体保护下采用感应加热熔炼，将熔融合金注入铜铸模，获得圆柱状合金铸锭；将铸锭装入石英管，感应加热熔化后，在惰性气体的压力作用下，液态合金通过石英管底部的狭缝喷嘴连续喷落在旋转的水冷铜辊的表面上，获得快淬态合金；将破碎的合金粉装入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进行预球磨；预球磨后，加入催化剂CoS₂在相同的工艺下继续球磨，获得具有纳米晶-非晶结构的合金粉末。。

具体步骤为：

1）、配料：按化学式组成Mg_24-x-yY_xZr_yNi_12-z-mCo_zFe_m进行配料，式中x、y、z、m为原子比，1<x<4, 0.5<y<2, 1<z<3, 0.2<m<1； n为CoS₂所占合金的百分比，2<n<10；

2）、合金铸锭制备：将称好的原料采用真空感应炉进行熔炼，首先抽真空至5×10^-3 Pa以上，然后通入0.01-0.1 MPa的惰性气体作为保护气体，加热温度1500-1650℃，获得熔融的液态母合金，将熔融合金直接注入铜模中，获得铸态母合金铸锭；