[发明专利]用于高能固体电池的纳米镁基储氢材料及其制备方法

说明书

本发明公开了用于高能固体电池的纳米镁基储氢材料，镁的重量百分比为85‑92％，钕粉的质量百分比为4‑8％，钇粉的质量百分比为1‑5％，碳基体的质量百分比为3‑15％。本发明与现有镁基储氢材料相比，上述重量份的配比可以保证镁的储氢含量不会减少的同时，使得电池更加稳定，在充放电时更加稳定；并且通过上述方法进行制备合金，可以大大降低了产物的吸放氢温度，提高产物的吸放氢动力学性能。尽管通过了不懈地努力，镁基储氢材料的吸氢温度可以降低到365K，镁基储氢材料需要在501K温度左右就能完全放氢，因此取得了实质性的进展。

技术领域

本发明涉及一种电池生产领域，特别涉及用于高能固体电池的纳米镁基储氢材料及其制备方法。

背景技术

镁基储氢材料因其储氢量大、镁资源丰富、成本低廉而被认为是最有应用前景的金属基储氢材料之一。但纯Mg的吸氢和放氢动力学性能差，反应温度要求高，限制了其实际应用。Mg的理论储氢容量为7.6wt％，MgH2的形成焓为-74.5kJ/mol，吸放氢温度高达350-400℃。同时，受动力学因素的限制，Mg的吸放氢速率非常缓慢。这些缺点阻碍了镁基储氢材料的大规模应用。多年来，为改善镁基储氢材料的吸放氢性能，降低吸放氢反应温度，提高动力学反应速度，国内外研究者做了大量的工作。由于氢化物的热力学稳定性通常只取决于反应物和生成物本身，与反应途径无关。因此，一般通过合金化方法，改变氢化反应本征特性来降低纯镁氢化物的稳定性。至于动力学性能，则可以通过对合金体系进行表面改性，增加其比表面积以及提高体系的氢扩散速度来实现，通过在镁基储氢材料中添加碳材料以及过渡金属元素催化剂，可以在一定程度上降低产物的吸放氢温度，提高产物的吸放氢动力学性能。尽管通过了不懈地努力，镁基储氢材料的吸氢温度可以降低到373K，但是其吸放氢动力学性能仍不够理想；此外，镁基储氢材料需要在573K温度左右才能完全放氢，放氢温度仍然较高。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种用于高能固体电池的纳米镁基储氢材料及其制备方法，因此储氢材料更加稳定。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

用于高能固体电池的纳米镁基储氢材料，镁的重量百分比为85-92％，钕粉的质量百分比为4-8％，钇粉的质量百分比为1-5％，碳基体的质量百分比为3-15％。

一种用于权利要求1材料的制备方法，其制备步骤如下：

1)以镁粉为蒸发源，以碳基体为沉积基体，并将两者分开置于同一反应器中，通入惰性气体并抽真空，然后升温并保压；

2)将步骤1中升温并保压后的镁粉至镁粉蒸发到一半时，降温，放入权利要求1中质量百分比的钕粉和钇粉至反应器中，继续通入惰性气体并抽真空，然后升温并保压，蒸发源通过气相迁移至沉积基体继续发生合金化反应，直至镁粉蒸发完全，得到镁/碳载钕钇粉末；

3)将步骤2中得到的混合粉末加入到丙酮试剂中超声混匀后烘干；

4)将步骤3中得到的镁/碳载钕钇粉末进行氢化燃烧合成，得到粉末状的镁基储氢材料；

5)通过强力机械球磨上述镁基储氢材料，得到纳米镁基储氢材料。

进一步地，步骤2和3升温的温度为558-580℃，保压5分钟至10分钟，降温的温度为300-320℃，再升温至558-580℃，保压时间45分钟至3小时。

进一步地，将步骤4中的粉末状的镁基储氢材料使用行星式高能球磨机对镁基储氢材料进行强力机械球磨，球磨过程处于氢气或氩气保护下，球磨时间1-50小时，转速300-500rpm，球料比10∶1-50∶1。

本发明的优点是：