[发明专利]一种稀土-镍基储氢合金材料及其制备方法

说明书

一种稀土‑镍基储氢合金材料及其制备方法。该储氢合金材料的化学式组成为C_1‑x‑ySm_xY_yNi_z‑a‑bAl_aD_b，其中0.2≤x≤0.8，0≤y＜0.5，3.4≤z≤3.6，0.1≤a≤0.4，0≤b≤0.15，C为La、Ce、Pr、Nd、Gd、Zr、Ti中的一种或两种以上，D为Co、Mn、Cu、V、Fe、Zn、W、Si中的一种或两种以上。其制备方法为：将纯金属块体材料按化学式组成进行配料；将配好的原料放入真空感应炉坩埚中烘烤除气，抽真空，充入惰性气体；熔炼至合金完全熔化后，精炼，冷却后对得到合金铸锭进行退火处理。该合金具有较高的电化学容量、循环稳定性、倍率放电能力和较低的坪台压。

技术领域

本发明涉及一种稀土-镍基储氢合金材料及其制备方法，尤其涉及一种稀土-镍基A₂B₇型储氢合金材料及其制备方法，属于储氢合金材料领域。

背景技术

储氢合金作为一种新型功能材料，在氢能领域引起了人们极大关注。镍氢电池负极是储氢合金最主要的应用领域，目前已经商业化的AB₅型稀土储氢合金和AB_3～3.8型稀土镁基储氢合金综合性能良好，但AB₅型合金受到晶体结构的限制，气态储氢量不超过1.4wt％，放电容量较低。而AB_3～3.8型稀土镁基储氢合金具有由AB₂型单元和AB₅型单元层叠而成的晶体结构，虽然容量较AB₅合金高，但循环稳定性仍有待提高，同时由于Mg元素蒸气压较高，合金制备过程中成分难以控制，熔炼过程中挥发出的镁粉容易爆炸存在安全隐患。根据以往的研究，不含Mg元素的具有AB₂型单元和AB₅型单元层叠晶体结构的稀土系储氢合金非晶化严重、循环稳定性较差，电化学容量低。研究发现，稀土AB₂型储氢合金rA/rB原子半径比是影响氢致非晶化的主要因素，当原子半径比小于1.37则不易发生非晶化。

在稀土元素中，Y是原子半径最小的元素，根据理论分析，当A侧元素含有Y时合金具有较好结构稳定性，吸氢非晶化程度较弱，远小于La、Ce这类A侧原子半径较大的合金。CN104532095B中公开了一种不含Mg元素的稀土系储氢合金，组成通式为RE_xY_yNi_z-a-bMn_aAl_b，其中RE为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd中的一种或几种元素，x＞0，y＞1.5，x+y＝3，11＞z≥9.5，4.5≥a+b＞0，该合金具有较好的压力-组成-等温特性，通常条件下最大储氢量能够达到1.36wt.％以上。但该合金中含有较高含量的Y元素，虽然抑制了合金的非晶化，但是研究表明，Y元素抗粉化能力较差，同时在所有稀土元素中Y元素与氧反应活性最大，最容易在碱性电解液中氧化，因此影响合金的循环稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土-镍基A₂B₇型储氢合金材料，该合金材料具有较高的电化学容量、循环稳定性、倍率放电能力和较低的坪台压。

本发明的另一目的在于提供一种所述储氢合金材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：