[发明专利]一种镁基三元固溶体储氢合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金领域，尤其涉及一种镁基三元固溶体储氢合金及其制备方法。

背景技术

目前所研究开发的储氢材料，普遍存在的问题是具有很高的热力学稳定性，因而放氢温度高，放氢平台压力低；另一方面吸放氢反应能垒很高，导致吸放氢动力学性能差，因而吸放氢速率低。这两方面的缺点严重阻碍了储氢材料的实际应用。现有开发的储氢材料中，镁由于具有高的理论储氢量，良好的循环性能，以及镁资源丰富等优点，广泛地吸引了人们的兴趣，被认为是最有发展前途的储氢材料之一。但MgH₂的形成焓高达74.5KJ/molH₂，通常情况下需要在300℃以上，才能缓慢放氢，且脱氢平台压低。所以，对镁这种储氢材料的研究，最关键的一点就是降低其氢化物的热力学稳定性。

在过去的研究中，为了提高镁的动力学性能，采用了添加催化剂、复合和制备纳米晶的镁等方法，并取得了良好的结果。然而在热力学去稳定方面，虽然有不少研究工作的开展，但效果依然不理想。有的研究者采用添加第二组元，使其在放氢过程中与镁形成热力学稳定的化合物，从而达到对MgH₂的去稳定作用，如添加Si元素，这种方法虽然降低了MgH₂脱氢反应焓，但由于在脱氢过程中形成的Mg₂Si过于稳定，导致该反应不可逆。因此，寻找一种方法既能达到对MgH₂去稳定作用，又能保持良好的循环性能是镁储氢材料发展的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能达到对MgH₂去稳定作用，又能保持良好的循环性能的镁储氢材料。

为实现上述目的，本发明提供一种镁基三元固溶体储氢合金，其特征在于，由如下制备方法制备得到，

制备混粉A：把Mg粉、In粉和Mn粉按照摩尔数(100-x-y)∶x∶y，其中0＜x＜20，0＜y＜10，的比例混合，再在球磨机上进行球磨得混粉A；

生坯B的制备：把混粉A压制成形，得到生坯B，

烧结：将生坯B放入真空管式炉进行烧结；

得到MgInxMny三元固溶体：将烧结处理过的B机械破碎后再在Ar气氛下球磨得到MgIn_xMn_y三元固溶体。

进一步，所述生坯B的制备步骤中，压制的压力为60-100MPa。

进一步，所述烧结步骤中，所述真空管式炉烧结时的保护气体为氩气，保护气压为1-1.5个大气压；

进一步，所述烧结步骤中，烧结温度为400℃至550℃，保温时间为3至6小时；

进一步，所述得到MgInxMny三元固溶体步骤中，球磨时添加0.5-1毫升石蜡油作为助磨剂。

另外一个方面，本发明还提供所述镁基三元固溶体储氢合金的制备方法，其特征在于，步骤为，

制备混粉A：把Mg粉、In粉和Mn粉按照摩尔数(100-x-y)∶x∶y，其中0＜x＜20，0＜y＜10，的比例混合，再在球磨机上进行球磨得混粉A；

生坯B的制备：把混粉A压制成形，得到生坯B，

烧结：将生坯B放入真空管式炉进行烧结；

得到MgInxMny三元固溶体：将烧结处理过的B机械破碎后再在Ar气氛下球磨得到MgInxMny三元固溶体。

进一步，所述生坯B的制备步骤中，压制的压力为60-100MPa。

进一步，所述烧结步骤中，所述真空管式炉烧结时的保护气体为氩气，保护气压为1-1.5个大气压；

进一步，所述烧结步骤中，烧结温度为400℃至550℃，保温时间为3至6小时；

进一步，所述得到MgInxMny三元固溶体步骤中，球磨时添加0.5-1毫升石蜡油作为助磨剂

本发明所述球磨是使粉末充分混合均匀即可。

基于目前镁储氢材料存在的问题，本发明采用在镁中添加适量的铟和锰，通过烧结-球磨方法制备纳米结构的MgIn_xMn_y三元固溶体合金，利用其吸放氢可逆相变调制氢化和脱氢反应焓，从而达到对MgH₂的去稳定作用，并且保持了良好的可逆性。另一方面，铟和锰以及氢化过程中生成中间相β产生的相界面有利H2解离和扩散，因此在降低吸放氢反应焓的同时改善了吸放氢的动力学性能。

为更好地实现本发明，步骤(1)中In粉含量小于20at.％，Mn粉含量小于10at.％，采用球磨法对粉末进行混合。当含量超过此要求，就不是固溶体合金了。