[发明专利]一种镁铝硼镍基储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种储氢材料及其制备方法。

背景技术

传统化石燃料的燃烧导致环境问题日益加剧，开发出新型无污染的能源成为了燃眉之急。氢能具有干净、能量高、不会产生二次污染等很多优点，因此氢能源的开发引起了人们极大的兴趣。镁系储氢合金是很有发展前途的储氢材料，它具有密度小(1.74g/cm³)，容量高(7.6wt.％)，资源丰富、价格低廉等优点。但是镁的吸/放氢条件往往比较苛刻，需要达到300度以上，动力学比较慢，活化困难。

申请号为201410841643.9的中国发明专利申请公开了一种纳米级Mg-Y-Ni储氢合金粉的制备方法，主要是将Mg、Y和Ni加入高温蒸发器内的坩埚中，抽真空后充入氮气，开启等离子枪产生等离子转移弧对原料加热融化，合金液开始蒸发并随氮气进入粒子控制器内，冷却颗粒输送到气固分离器内得到形状为球形的纳米级Mg-Y-Ni储氢合金粉。该方法虽然制备出的储氢合金颗粒小，吸/放氢快。但是制备方法复杂，得到的合金应用条件受到限制，容易氧化。

专利号为201010525735.8的中国发明专利公开了一种Mg-RE-Ni合金储氢材料的制备方法，是将Mg、RE和Ni粉混合、粉磨均匀，得到混合物后在氩气保护下进行压片，并用石墨粉进行密封，管式炉或马弗炉中进行粉末烧结得到烧结合金，将合金粉在氩气保护下进行间歇式球磨，即得结构为纳米晶/非晶的镁基复合储氢材料。该方法虽然制备的合金组分易控制，但是制备周期长，不利于大规模生产。

专利号为201210503872.0的中国发明专利公开了一种镁银储氢材料的制备方法，首先通过感应熔炼镁银合金，熔炼合金经退火后于手套箱中磨成100目的粉末，在粉末中添加5wt.％的TiF₃后于球磨罐中球磨30小时得到镁银储氢材料。该方法虽然制备的合金制备过程简单、易控制、容量高，但是造价贵，原料多。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种方法简单、吸/放氢动力学行为良好的镁铝硼镍基储氢材料及其制备方法。

本发明的镁铝硼镍基储氢材料的化学组分为：xAl-yB-zNi-(1-x-y-z)Mg,其中x,y,z为质量分数(wt.％)，1％≤x≤5％，0.5％≤y≤1％，5％≤z≤20％。

本发明的制备方法如下：

首先将镁粉、镍粉、硼粉、铝粉按照组分混合均匀，压成直径为10mm高为8mm的圆柱，用钽包裹，然后使用六面顶压机在4～6GPa，1200～1800℃下保温保压30～60min后，立即使用液氮快速冷却该合金后得到镁铝硼镍基储氢材料。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、方法简单，采用高压法，使得合金中镁与镍形成Mg₆Ni第二相沉积在晶界出现二次枝晶，降低晶/相界之间的距离，缩短氢扩散的路程。

2、添加铝有助于增加吸氢总量，硼作为催化剂有利于降低放氢温度。

3、制得储氢材料具有储氢量大、循环性能好、放氢温度低，吸放氢动力学性能好的优点。

4、原料丰富、价格低廉、生产周期短。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的74Mg-5Al-1B-20Ni的光学组织图。

图2是本发明实施例2制得的86Mg-3Al-1B-10Ni的XRD图。

图3是本发明实施例3制得的93.5Mg-1Al-0.5B-5Ni在300℃下的吸氢动力学图。

图4是本发明实施例3制得的93.5Mg-1Al-0.5B-5Ni在300℃下的放氢动力学图。

具体实施方式：

实施例1

取2.96gMg粉、0.2gAl粉、0.04gB粉、0.8gNi粉混合均匀后，压成直径为10mm高为8mm的圆柱，用钽包裹，然后使用六面顶压机在4GPa，1200℃下保温保压30min后，立即使用液氮快速冷却该合金合，得到镁铝硼镍基储氢材料。如图1所示，可以看出样品存在大量丰富的二次枝晶，为氢原子的扩散提供更多的通道。

实施例2

取3.44gMg粉、0.12gAl粉、0.04gB粉、0.4gNi粉混合均匀后，压成直径为10mm高为8mm的圆柱，用钽包裹，然后使用六面顶压机在6GPa，1800℃下保温保压60min后，立即使用液氮快速冷却该合金合，得到镁铝硼镍基储氢材料。如图2所示，可以看出样品的组成为Mg₆Ni+Mg相。

实施例3

取3.74gMg粉、0.04gAl粉、0.02gB粉、0.2gNi粉混合均匀后，压成直径为10mm高为8mm的圆柱，用钽包裹，然后使用六面顶压机在4GPa，1400℃下保温保压45min后，立即使用液氮快速冷却该合金合，得到镁铝硼镍基储氢材料。如图3所示，可以看出经过样品在300℃下3000S内吸氢量达到3.8％，如图4所示，可以看出样品在300℃下300S内的放氢动力学。