[发明专利]一种含有钇元素的镧-镁-镍系AB3型储氢合金及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种含有钇元素的镧‑镁‑镍系AB₃型储氢合金及其制备工艺。该储氢合金的化学式为La_aY_bMg_cCa_dNi₉，a、b、c、d分别表示元素之间的原子数比，0＜a≤0.65，0＜b≤0.65，0＜c，0＜d，2.5≤a+b+c+d≤3.5。该储氢合金的制备工艺为：按照化学式配比称取原料，先将除Mg、Ca元素之外的难挥发金属放入铜坩埚中，抽真空→充入氦气至0.1MPa→抽真空→充入氦气至0.1MPa，如此反复操作洗气3次；打开电源，烘料1min，然后将氦气压力固定为0.1MPa，升温熔炼，待所有金属熔融完全后冷却至20℃；将易挥发的Mg、Ca金属放入坩埚，洗气3次，烘料1min，在0.1MPa氦气压力下熔炼。本发明的储氢合金具有较低的成本、较高的吸放氢容量、良好的活化性能和循环稳定性能，以及可以调控的吸放氢平台压。

技术领域

本发明涉及一种含有钇元素的镧-镁-镍系AB₃型储氢合金及其制备工艺，属于储氢合金技术领域。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭和环境问题的日益严重，寻找其他高效环保的可替代能源已经成为了目前社会的当务之急。氢气由于储存量丰富、环境友好等优点，具有良好的应用前景，得到了世界各国政府的广泛关注。迄今，阻碍“氢能经济”发展的关键因素是氢气的储存，因此选择合适的储氢材料就成为了人们研究的重点。

目前广泛使用的储氢材料是LaNi₅型储氢合金，该合金主要被用作金属氢化物-镍二次电池(MH-Ni)的负极材料，理论电化学容量为373mAh·g^-1。在实际应用中，该负极材料通常为Mm(NiCoMnAl)₅(其中Mm为混合稀土金属)其最大放电容量约为350mAh·g^-1，影响了未来在大功率和大容量动力电池领域中的应用。因此，具有更大电化学放电容量和更优秀综合储氢性能的稀土-镁基合金受到了广泛的关注。

目前，研究较多的稀土-镁基储氢合金主要包括稀土-镁-镍系AB₃型、A₂B₇型和A₅B₁₉型等合金，有些已经进入了产业化应用阶段。在这些储氢合金中， AB₃型合金具有比较大的气态储氢容量(可以达到1.80wt％以上)和电化学放电容量(理论放电容量可达480mAh·g^-1)，具有非常大的研究价值和应用前景。然而，由于AB₃型储氢合金中存在易挥发的镁元素，导致合金的制备过程和成分的精确控制较为困难；此外，稀土-镁基AB₃型合金的循环稳定性也不太理想。

通过文献调研我们发现，二元AB₃型合金(A＝稀土元素、钙、钇或镁，B＝镍、铝、锰、钴、铁等)的气态储氢容量为1.10～1.87wt％。虽然其初始吸放氢容量较高，但由于氢致非晶化现象等因素，其实际的储氢容量并不尽如人意。 1997年，日本的研究者Kadir等人发现了一种新型AB₃型储氢合金，通式为 RMg₂Ni₉(R为稀土元素)，虽然LaMg₂Ni₉的储氢容量很低，仅为0.33wt％，但通过适量的钙元素添加，可以显著改善该合金的储氢性质，283K，10MPaH₂压力下的储氢容量可达1.80wt％以上。

然而，文献中所报道的有关La-Mg-Ca-Ni系AB3型合金的制备方法为粉末烧结法，而且研究方法较为简单，仅测试了储氢容量，没有对其气态储氢性质进行系统的研究，也没有研究其它元素替代对其储氢容量和吸放氢平台压的影响。

发明内容