[发明专利]一种高容量轻质石墨烯催化稀土镁铝基贮氢材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种高容量轻质石墨烯催化稀土镁铝基贮氢材料及制备方法。该贮氢材料包括稀土镁铝基贮氢合金和石墨烯催化剂GR，其中，稀土镁铝基贮氢合金具有以下化学式组成：Re_aMg_{100‑a‑b‑c}Al_bNi_c，其中Re为稀土元素镧、铈、镨、钕中的一种，a、b、c为对应元素的原子百分比，5≤a≤20，5≤b≤40，0≤c≤10，10≤b+c≤40；石墨烯催化剂GR按质量百分比含量计占最终贮氢材料的比例为：1％≤GR≤10％。本发明采用自然界中储量丰富、价格低廉的Mg、Al为主要组成元素，同时在合金A侧添加不同种类和含量的稀土元素，在B侧添加不同含量Ni元素，并添加石墨烯进行球磨。通过该方法制备得到的贮氢材料具有吸放氢速率快、储氢容量高、平台滞后小以及放氢温度低的特点。

技术领域

本发明属于贮氢材料技术领域，特别涉及一种高容量轻质石墨烯催化稀土镁铝基贮氢材料及制备方法。

背景技术

目前，我国能源和环境系统面临巨大的挑战，汽车作为石油消耗和二氧化碳排放的大户，需要从根本上进行变革。中国环保部及美国能源基金会数据显示：我国已连续8年成为世界机动车产销第一大国，中国机动车每年需消耗全国石油总产量85％。机动车尾气污染已成为我国空气污染的重要来源。因此，发展清洁能源驱动的新型交通运输工具，是我国减少石油消耗和缓解环境污染的必要举措。目前，新能源汽车的主要类型有纯电动汽车、混合动力汽车和氢燃料电池汽车。其中，纯电动和插电式混合动力汽车市场占有率较高。但其搭载的锂离子或铅酸蓄电池，仍会对环境造成严重污染。并且，现有的车载蓄电池储能密度还比较低，难以满足市场要求。而氢燃料电池汽车排放产物只有水，能够实现真正意义上的零污染物排放。氢燃料电池发电效率高达60％，意味着其具有更好的经济性和续航里程。因此，氢燃料电池汽车是未来人类社会交通运输工具的终极方案。

相比于纯电动和混合动力汽车的迅猛发展，氢燃料电池汽车还不具备商业化应用条件。这主要是由于缺乏安全、高效的贮氢方法。目前，车载储氢系统主要有高压气态贮氢、低温液态贮氢和固态贮氢三种。其中，高压气态贮氢、低温液态贮氢技术在安全、成本等方面无法满足用户要求。另外一种具有实用前景的固态贮氢方式是利用金属氢化物贮氢。这种方法的原理是，在一定温度和氢压下，贮氢合金会大量吸氢，氢以原子形态储存在合金晶胞中，并形成稳定的氢化物。当温度升高，贮存在晶胞内的氢经过扩散、相变和化合等过程又被重新释放。这种方法的反应过程可控，使其产品可反复使用，安全性高。但目前已经实现市场化应用的贮氢合金，如LaNi₅型贮氢合金，其理论贮氢量仅有1.36wt.％，无法满足车载贮氢系统对储能密度的要求。因此，开发一种高容量、轻质、安全、低成本的贮氢合金是目前研究的热点。

目前，高容量贮氢合金研究最多的是镁系贮氢合金，纯镁的质量储氢密度高达7.6wt.％，且密度较小，成本低廉。但其吸放氢条件较苛刻，热力学稳定性高，氢化物不易分解，不易实现快速充放氢。

发明内容

本发明的一个目的，是提供一种高容量轻质石墨烯催化稀土镁铝基贮氢材料，通过合金成分的改进，使贮氢材料具备快速充放氢能力，降低吸放氢温度，吸放氢性能得到大幅度改善，且增加的合金元素Al储量丰富、价格低廉。

本发明的另一目的是提供上述高容量轻质石墨烯催化稀土镁铝基贮氢材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高容量轻质石墨烯催化稀土镁铝基贮氢材料，该贮氢材料包括稀土镁铝基贮氢合金和石墨烯催化剂GR，其中：稀土镁铝基贮氢合金具有以下化学式组成：Re_aMg_100-a-b-cAl_bNi_c，其中Re为稀土元素镧、铈、镨、钕中的一种，a、b、c为对应元素的原子百分比，5≤a≤20，5≤b≤40，0≤c≤10，10≤b+c≤40；石墨烯催化剂GR按质量百分比含量计占最终贮氢材料的比例为：1％≤GR≤10％。