[发明专利]一种基于高熵效应的镁基贮氢材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于高熵效应的镁基贮氢材料及其制备方法，包括A_a‑Mg_90‑a+b wt.%B贮氢合金；其式中0≤a≤20且0≤b≤20，所述贮氢合金优选为a=b=10，且A分别为镧系稀土元素并包含Y元素（镧、铈、镨、钕、钐等）同时存在至少五种，如A=La_c1Ce_c2Pr_c3Nd_c4Sm_c5,且0＜c≤50；B分别为从Sc（原子序数21）到Cd（原子序数48）的过渡金属元素并包含Al元素，同时存在至少五种，如B=Hf_d1Zr_d2V_d3Nb_d4Ti_d5,且0＜d≤50；示例合金为优选合金，且c=d=20。本合金氢化后所生成具有不稳定立方结构的AH_2+x和B相，且在吸氢过程中，AH_2+x和B中的立方结构会随氢含量的增加扭曲成四方结构，从中产生的内应力变化消减了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。

技术领域

本发明涉及稀土镁贮氢合金材料及其制备工艺领域，特别涉及一种基于高熵效应的镁基贮氢材料及其制备方法。

背景技术

随着工业水平的提高和人类社会的发展，传统的石油和煤炭等能源日渐枯竭，并对环境造成了严重污染，人类的生存环境和健康状况面临着巨大的威胁。尤其是近两年，雾霾天气频发，环境问题再次成为人们关注的焦点。面对能源和环境危机，人类正经历着前所未有的严峻挑战。所以，对清洁能源的开发和利用迫在眉睫，而氢能作为一种清洁、高效、安全、储量丰富、可持续的理想能源载体及二次能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，是人类的战略能源发展方向。但是，由于氢气易燃、易爆且易扩散，在常温常压条件下，其体积能量密度只有汽油的三千分之一，这一系列特性使得贮氢技术成为制约氢能发展的瓶颈。因此，发展高能量密度、高效率和安全的氢储运技术是实现氢能规模化应用的关键。金属氢化物作为贮氢材料的一种，在二次能源领域内具有不可替代的作用，特别是在燃料电池研究中，具有举足轻重的地位。在金属氢化物贮氢材料中，镁氢化物由于贮氢量大，价格低廉，毒性低，安全性高等优势从而被认为是最有发展前途的金属贮氢材料，也是近年来贮氢材料研究的热点。然而，镁基贮氢材料的缺点同样显著，由于Mg-H键很稳定，镁基氢化物不仅放氢动力学很差且放氢温度较高，并且在吸放放氢循环过程中容易发生晶粒长大、颗粒团聚等问题，最终会导致性能衰减，循环稳定性较差。这些问题的存在使 Mg 基贮氢材料的应用仍难以实现。

相关研究发现，高熵合金在其吸放氢过程中，会发生严重的晶格畸变，从立方结构到四方结构的扭曲，反之亦然。在这个过程中，会产生相应的内应力，进而作用于Mg-H键，使其结合能降低。另外，其独有的扩散效应和高熵效应也能改善合金的动力学与热力学特性，众所周知，熵是表示混乱程度的物理量，所以通过高熵合金引入的熵，必然会影响合金的总熵，从而表现为更加混乱于失稳。

发明内容

为了克服上述背景技术中阐述的现有问题，本发明提供一种基于高熵效应的镁基贮氢材料及其制备方法，通过该方法制作得A-Mg-B型高熵型镁基贮氢合金，改善了传统镁基贮氢合金脱氢温度高，脱氢动力学差等特点，且在燃料电池，加氢站等氢能领域具有良好的前景。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：