[发明专利]一种Mg-Ti-RE-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Mg-Ti-RE-Ni基贮氢合金及其制备方法。

背景技术

氢能作为一种洁净的能源受到极大的关注，21世纪人类将进入氢经济时代，特别是氢燃料电池驱动的汽车受到越来越多的重视。在氢能的应用中，氢的储存和输运成为关键技术。在多种贮氢方法中，氢化物贮氢被认为是最安全、可靠和高效的。目前已经商业化的稀土基AB5型合金虽然具有很好的吸放氢动力学性能，但其贮氢量很小(约1.4wt％)而远不能满足燃料电池对贮氢材料的容量要求。

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CeMg₁₂型合金的贮氢容量约为6wt％、Mg₂Ni型为3.6wt％,La₂Mg₁₇型为5.8wt％、Mg为7.6％。镁及镁基及合金的容量非常接近美国能源部提出的储氢容量目标。就其贮氢容量而言，完全满足燃料电池对容量的要求。然而，所有镁基合金具有一个共同的弊端，即用常规方法制备的晶态镁基合金在室温下几乎没有可逆吸放氢的能力，且吸放氢动力学性能极差。

因此，开发出高容量的贮氢合金，并大幅度改善贮氢合金的贮氢动力学性能具有重要的现实意义。

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Mg-Ti-RE-Ni基贮氢合金及其制备方法，并将其应用到燃料电池领域，在现有技术和发明人大量的研究基础上，发现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性能。此外，镁基合金的吸放氢能力对其组织结构非常敏感，纳米化能使镁基合金氢化物的热稳定性大幅度下降，降低其吸放氢温度，提高其吸放氢动力学性能。高能球磨是制备纳米晶-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。

发明人采用多元稀土及钛部分替代镁，钴、铝、铜部分替代镍，用高能球磨制备超细合金颗粒，并在球磨的过程中加入少量的纳米TiF₃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。通过本发明，提供了一种具有高贮氢容量和良好动力学性能的纳米晶-非晶多元镁基氢合金以及相应的制备工艺。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种Mg-Ti-RE-Ni基贮氢合金，其特征在于：该贮氢合金的化学式组成为：Mg_24-xTi_xY_5-yRE_yNi_2-z-m-nCo_zAl_mCu_n+Q(wt)％纳米TiF₃,RE为稀土元素钐、铈、钕中的至少一种；式中，0.1<x<1.5，0.5<y<2，0.1<z<0.5，0.03<m<0.1，0.05<n<0.2；Q为纳米TiF₃占Mg_24-xTi_xY_5-yRE_yNi_2-z-m-nCo_zAl_mCu_n合金的质量百分比，1<Q<7。

进一步地，所述化学式组成中，x＝0.5，y＝1.0，z＝0.3，m＝0.05，n＝0.1，Q＝4。

纳米TiF₃催化的Mg-Ti-RE-Ni基贮氢合金在燃料电池中的应用，其特征在于，所述贮氢合金作为电极材料。

制备所述纳米TiF₃催化的Mg-Ti-RE-Ni基贮氢合金的方法包括如下步骤：

(1)选取块状金属镁、金属钛、金属钇、稀土金属钐、铈和钕中的至少一种、金属镍、金属钴、金属铝以及金属铜为原料，按化学式Mg_24-xTi_xY_5-yRE_yNi_2-z-m-nCo_zAl_mCu_n进行配料；