[发明专利]一种低温高容量Mg‑RE‑Ni基A2B型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，特别涉及一种燃料电池用高容量Mg-RE-Ni基A₂B型贮氢合金及其制备技术。

背景技术

近年来，燃料电池(fuel cell)驱动的汽车受到了国内外的高度关注，然而，由于作为氢燃料载体的贮氢材料的容量偏低、氢化物放氢温度偏高及缓慢的吸放氢动力学而使其实际应用受到了极大的限制。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。特别是A₂B型Mg基贮氢合金具有放氢温度低、贮氢容量较大而被广泛的研究，比如Mg₂NiH₄为3.6wt.％,Mg₂CoH₅为4.5wt.％，Mg₂FeH₆为5.4wt.％。这些氢化物极有希望用作燃料电池的贮氢材料，尤其是放氢温度偏低的Mg-Ni基A₂B型贮氢合金。

然而，传统工艺制备的多晶Mg₂Ni型合金在室温下几乎没有可逆吸放氢的能力，因此，降低合金氢化物的热稳定性并提高合金吸放氢的动力学性能成为研究者面临的严峻挑战。研究表明，在A侧适量多添加吸氢元素有利于保持镁基合金的高容量而不改变合金类型；合金元素和元素替代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；合金的吸放氢动力学对合金的微观结构非常敏感。各种非平衡处理技术，特别是机械合金化(MA)以及熔体快淬(RQ)，被认为是获得纳米晶/非晶结构的非常有效的方法。尤其是高能 球磨，已经被证实能显著地提高Mg基合金的吸放氢动力学。然而，球磨Mg基合金的吸放氢循环稳定性很差，这已成为其实际应用难以克服的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池(fuel cell)用低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合金。

本发明的另一个目的是提供一种燃料电池(fuel cell)用低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合金的制备方法

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种低温高容量Mg-RE-Ni基A₂B型贮氢合金，该贮氢合金将A侧元素多加入25at.％，并由稀土元素部分替代Mg，由Ti和Al部分代替Ni；该合金的化学式组成为：Mg_25-xRE_xNi_10-y-zTi_yAl_z，式中x、y、z为原子比，1<x<5,1<y<3，0.2<z<1，RE为稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y中的一种或几种。

优选地，x＝3，y＝2，z＝0.6。

所述贮氢合金通过熔炼、制备具有纳米晶-非晶结构的合金薄带、破碎、球磨工艺制备。

所述贮氢合金为具有纳米晶-非晶结构的合金粉末。

所述贮氢合金在200℃温度下进行可逆的吸放氢。

所述贮氢合金的循环稳定性S₁₀₀为98.3％～98.8％；S₁₀₀＝C₁₀₀/C_max×100％，其中，C_max是合金的饱和吸氢量，C₁₀₀第100次循环后的吸氢量。

本发明提供一种低温高容量Mg-RE-Ni基A₂B型贮氢合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料准备：按化学式Mg_25-xRE_xNi_10-y-zTi_yAl_z进行配料，式中 RE为稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y中的至少一种；x、y、z为原子比，1<x<5,1<y<3，0.2<z<1；

(2)熔炼：在保护气下，将步骤(1)称好的原料进行熔炼获得铸态母合金铸锭；

(3)甩带：将上述步骤(2)制备的铸锭用熔体快淬的方法制备成快淬合金薄带；

(4)破碎球磨：将步骤(3)制备的快淬合金薄带破碎，破碎后筛取粉末粒度小于75μm的合金；然后放入球磨机中球磨，获得Mg-RE-Ni基A₂B型贮氢合金。

所述步骤(1)在原料配比时，Mg和稀土的添加量过量5％～10％。