[发明专利]一种高容量Mg-Zn-Ni三元贮氢合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池用高容量Mg‑Zn‑Ni三元贮氢合金及其制备方法，该贮氢合金为包括Mg₈₅Zn₅Ni₁₀合金和催化剂TiF₃的超细晶粒粉末，其中催化剂TiF₃按质量百分比计占Mg₈₅Zn₅Ni₁₀合金的比例为x％，x＝0～8；所述贮氢合金具有Mg₂Ni和MgZn₂相，且具有纳米晶‑非晶结构。本发明合金中的Zn、Ni可以减弱Mg‑H之间的键能，有效的改善镁基贮氢材料的贮氢性能。本发明通过成分设计、微观结构调控以及添加TiF₃，降低了合金氢化物的热稳定性，提高了合金的吸放氢热力学及动力学性能。本发明制备的合金粉保持了较高的贮氢容量和较快的吸放氢动力学；氢化物放氢温度明显降低，能在280℃温度下进行快速可逆的吸放氢；吸放氢循环稳定性得到显著改善。

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-Zn-Ni三元贮氢合金及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，人类对于能源的需求不断增长，而传统的化石燃料资源不仅日益枯竭不可再生，并且对我们赖以生存的地球环境造成极大的污染和破坏。因此寻找新型可再生的绿色能源是全人类面临的重大问题之一。

氢是一种可再生的绿色能源。氢不仅资源丰富，拥有高的能量密度和燃烧热值，并且由于其燃烧产物是水，不污染环境，其可应用于燃料电池。氢气的储存和运输是氢能应用过程中最为关键重要的环节。与传统的高压气体及低温液态贮氢相比，金属氢化物贮氢更加安全便利可靠。在金属氢化物贮氢材料中，镁基贮氢材料由于其较高的理论贮氢容量(7.6wt.％)，资源丰富，循环寿命长等优点，被视为最具应用前景的贮氢材料。但其金属氢化物具有较高的热稳定性，导致其要在400℃以上的高温条件下才能有效的释放氢气，并且放氢速率较慢，使镁基贮氢材料的实际应用受到极大的限制。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，通过添加过渡族金属元素能显著降低镁基金属氢化物的放氢活化能，可以显著提高合金的吸放氢动力学。此外，合金的吸放氢动力学对贮氢材料的微观结构非常敏感，减小合金的晶粒尺寸至纳米级别可显著降低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性能。机械球磨是获得纳米合金颗粒的有效方法，并能很方便地添加各种助剂，尤其是高能球磨，已经被证实能显著地提高镁基合金的吸放氢动力学。

发明内容

本发明的目的是提供一种高容量且具有优良吸放氢动力学性能的燃料电池用Mg-Zn-Ni三元贮氢合金。

本发明的另一个目的是提供一种高容量且具有优良吸放氢动力学性能的燃料电池用Mg-Zn-Ni三元贮氢合金的制备方法，使得镁与锌合金化后所生成的MgZn₂相，在吸放氢循环中起到催化作用，降低镁基氢化物的热稳定性，减弱Mg-H之间的键能，有效的改善镁基贮氢材料的贮氢性能。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种高容量Mg-Zn-Ni三元贮氢合金，该贮氢合金为包括Mg₈₅Zn₅Ni₁₀合金和催化剂TiF₃的超细晶粒粉末，其中催化剂TiF₃按质量百分比计占Mg₈₅Zn₅Ni₁₀合金的比例为x％，x＝0～8；所述贮氢合金具有Mg₂Ni和MgZn₂相，且具有纳米晶-非晶结构。

优选地，x＝2～8。