[发明专利]掺杂的LiMgN/LiH储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用储氢材料领域，尤其涉及一种掺杂的LiMgN/LiH储氢材料及其制备方法。

背景技术

随着能源的危机和环境恶化，氢能被认为是未来一种理想的清洁能源，与氢能技术相关的储氢材料也备受国内外的广泛关注。储氢材料发展的目标是探索储氢容量高，综合性能好的新一代储氢材料。金属-N-H储氢材料是最近几年发展起来的新型高容量储氢材料，具有较优的可逆吸放氢性能与较为合适的吸放氢热力学性能，也是目前较具有发展前景的几个储氢体系之一。LiMgN具有高达8.2wt％的存储容量较低的操作温度，并且大量的研究工作表明LiMgN制备工艺和吸氢机理一直备受关注。人们主要通过Li₃N和Mg₃N₂为原材料高温烧结的方法制备LiMgN(如：H.Yamane,T.H.Okabe,O.Ishiyama,Y.Waseda,M.Shimada,Ternary nitrides prepared in the Li₃N–Mg₃N₂system at900–1000K,Journal of Alloys and Compounds,Volume319,April2001,124–130)；另外也有人通过LiNH₂和MgH₂为原材料进行球磨，球磨后产物进行放氢制备LiMgN(如：J.Lu,Z.Z.Fang,Y.J.Choi,H.Y.Sohn,J.Phys.Chem.C2007,111,12129-12134)，但是这种方法备受争议，因不同的球磨工艺导致不能得到同样的产物，而且获得产物中的LiMgN相含量比较低。而氮化锂(Li₃N)和氢化镁(MgH₂)以1：1比例混合球磨可以制备得到LiMgN和LiH混合相，且LiMgN的相含量可达到73wt％左右，且制备工艺简单，但是其储氢量只有3.2wt％，因此有必要进一步改善氮化锂(Li₃N)和氢化镁(MgH₂)制备得到的LiMgN/LiH混合相的储氢性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种掺杂的LiMgN/LiH储氢材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种掺杂的LiMgN/LiH储氢材料的制备方法，是将原料Li₃N(氮化锂)粉末和MgH₂(氢化镁)粉末以及添加剂M混合均匀后放入球磨罐内，再采用机械球磨法制备得到LiMgN-LiH-M储氢材料；其中所述添加剂M为Ti粉(钛粉)、TiCl₃粉末(三氯化钛粉末)或者LiNH₂粉末(氨基锂粉末)；所述Li₃N粉末、所述MgH₂粉末与所述添加剂M的摩尔比为1:1:0.05-2。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述机械球磨法是在惰性气氛下于球磨机上球磨，其中，磨球的重量与所述原料和所述添加剂M的总重量比为15：1至40：1(比如16:1、20:1、25:1、30:1、32:1、36:1、38:1)，球磨时间为2-48h(比如3h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、45h)，球磨转速为300-500rpm(比如310rpm、350rpm、380rpm、400rpm、430rpm、480rpm)。更优选地，所述球磨机是行星式球磨机或者振动式球磨机。更优选地，所述磨球的重量与所述原料和所述添加剂M的总重量比为40:1，球磨时间为12h，球磨转速为500rpm。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述Li₃N粉末的纯度为98％以上，所述MgH₂粉末的纯度为98％以上，所述Ti粉的纯度为95％以上，所述TiCl₃粉末的纯度为76.0-78.5％和所述LiNH₂粉末的纯度为95％以上。

一种采用上述方法制备的掺杂的LiMgN/LiH储氢材料，所述储氢材料的主相为LiMgN和LiH相，掺杂有M，其中M为Ti，TiCl₃或者LiNH₂，形貌规则、颗粒尺寸均为500-700nm，起始吸氢温度低于120℃。

本发明的有益效果在于：