[发明专利]一种镁基纳米复合储氢材料及制备方法

说明书

一种镁基纳米复合储氢材料及制备方法，将镁锭加入气氛保护电阻炉，升温到780～800℃，使之熔融成为镁合金液，加入预压好的镍片，充分搅拌10min，继续升温至880～900℃，搅拌并保温20min，使之成为宏观均匀性质的熔体，浇注预先加热200℃的钢制模具，空冷获得铸态富镁合金，溶体甩带，感应加热时富镁合金重熔，采用氩气把熔融合金液体喷射至45m/s快速旋转的铜辊，获得组织调控富镁合金薄带，认为剪碎合金薄带，加入CNTs和Nb₂O₅同时高能球磨1h，获得整体改性纳米复合富镁储氢合金粉，本发明不仅保持了镁基储氢合金的大容量储氢优势，而且显著改善了活化特性及吸/放氢热动力学特性。

技术领域

本发明涉及储氢合金材料技术领域，特别涉及一种镁基纳米复合储氢材料及制备方法。

背景技术

能源是日常生活的基本需求，是人类生存和社会进步的原动力。人口逐步增长及重工业快速演变，导致能源需求不断上升。传统化石能源不可再生且被过度开采，迫使全世界陷入能源短缺和环境污染的窘境，开发利用清洁高效的可再生能源和可持续能源并升级改造目前的能源系统迫在眉睫。氢能具有“零排放、可循环、高热值、来源广”等显著优点，并且氢能可存储和运输，有望成为新能源“驱动”未来生活。廉价高效的制氢技术、安全可靠的储氢技术及经济合理的用氢技术是推广氢能源必须关注的三方面问题。存储与运输发展滞后，成为氢能源推广的制约环节，找到一种可靠、高效的压缩方法是解决氢气存储的关键。目前，相比于安全性及储能密度不高的高压气态储氢方式和耗能过大的低温液态储氢方式，以金属氢化物为媒介的固态存储方式优势明显，储氢密度高、能耗低、安全可靠，受到了广泛的关注，其中金属镁以其储氢容量高、密度小、储量丰富等优点成为大容量车载固态储氢材料的理想选择。

理论存储容量高达7.6wt.％的纯镁是目前金属类材料中储氢密度最高的，因超过美国能源部与国际能源组织对车载储氢材料所提出的研发指标而受到了广泛的关注。然而，表面钝化膜导致活化困难、MgH₂中H传质困难导致吸/放氢动力学缓慢及Mg-H键结合强导致放氢温度过高等问题严重限制了纯Mg体系的实际应用。如何在保持大容量储氢优势的同时提高吸/放氢热动力学、降低放氢温度、改善活化特性并保持良好的改性效果成为镁基储氢合金研究的关键。

为改善镁基储氢材料性能，目前人们的主要思路是：通过成分体系设计改善其热力学性能；通过制备工艺改善其动力学性能。但往往只是侧重考虑一个方面，或是仅考虑成分设计，进而改善热力学性能；或是仅考虑工艺优化，改善动力学性能，对于储氢材料活化特性及改性后的循环稳定性关注较少。但氢气的存储和释放是一个复杂的过程，对储氢材料的成分、内部组织结构、表面性能等都有特殊的要求。合成制备核壳型镁基储氢材料是大幅度改善吸放氢性能的有效途径。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种镁基纳米复合储氢材料及制备方法，在保持大容量储氢基础上改善其活化特性、加速吸放氢动力学、降低氢化物体系热力学稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种镁基纳米复合储氢材料，包括Mg-Ni合金及CNTs和Nb₂O₅催化剂，Mg-Ni合金：CNTs：Nb₂O₅按重量比为8：1：1，Mg-Ni合金中，镁含量为90～98at.％，其余为镍，Mg-Ni合金及CNTs和Nb₂O₅催化剂采用高能球磨的方式结合。

一种镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括以下步骤；

步骤1，合金配料：

选取纯度≥99.8％的金属镁块和镍粉，镁含量为90～98at.％，其余为镍，将镍粉预压成片，添加至金属镁中，考虑到烧损，镁添加3～5wt.％的烧损，镍片通过压片预压获得，压力为1.0MPa，保压时间为15s；