[发明专利]Mg-Li合金纳米粉体及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了Mg‑Li合金纳米粉体及其制备方法与应用，该纳米粉体中Li与Mg的摩尔比小于35％，纳米粉体的颗粒尺寸小于1μm。该方法包括如下步骤：S1：采用感应炉制备Mg‑Li合金锭；S2：采用氢等离子体电弧仪器将S1中所述Mg‑Li合金锭制备为Mg‑Li合金纳米粉体。所述S1包括如下步骤：S1.1：将Mg和Li置于感应炉中，抽真空；S1.2：向感应炉中通入惰性气体，在800‑1000℃下熔炼8min‑12min，然后浇注在铜坩埚上，冷却，得到Mg‑Li合金锭。本发明的Mg‑Li合金纳米粉体具有优异的可逆吸放氢能力，有望满足DOE标准，合金纳米粉体制备方法，操作简单，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及Mg-Li合金纳米粉体及其制备方法与应用。

背景技术

面对日益严峻的环境污染和能源危机问题，发展一种无污染可再生的新型能源越来越受到人们的重视。氢能由于分布广泛、储量丰富、反应效率高，反应副产物无污染，被认为是最有潜力代替化石燃料可再生的新型能源之一。燃料电池的氢源由储氢材料提供，可应用于汽车、无人机、船只和生活领域等。然而氢的存储仍然是氢能源发展的瓶颈。

在众多的储氢材料中，镁具有地球上储量丰富、成本相对较低且质量轻、可以达到7.6wt％的高质量储氢密度等特点，被认为是最有前途的储氢材料之一，并已成功吸引了研究者的广泛关注。然而，镁基储氢材料面临着放氢温度过高和吸放氢动力学较差等缺点，这与美国能源部(DOE)技术路线图给出的车辆储氢技术目标依然存在一定的差距，对镁基储氢材料的商业化的发展造成了一些阻碍。

Li是最轻的金属，LiH的储氢密度可达12.5％比MgH₂的储氢密度还要高，但是由于其结构过于稳定而导致放氢温度过高(放氢平衡压为1bar时所需温度是910℃)而一直得不到重视。通过镁锂的合金化，有望同时解决上述问题。

目前，研究者们制备Mg-Li合金粉体的方法主要是采用球磨法，存在产量低、危险系数大、放氢困难、颗粒均匀性差等缺点。因此，开发一种价格低廉的、安全性高的、提高Mg基储氢材料的吸放氢性能的制备方法是十分必要的。

发明内容

为了克服上述问题，将储氢容量高的Li元素与Mg元素形成合金且纳米化后，有利于提高Mg的吸放氢性能。本发明人进行了锐意研究，采用感应熔炼炉先制备Mg-Li合金锭，然后采用氢等离子体法制备Mg-Li合金纳米粉体，并用其作为储氢材料。

本发明提供了一种Mg-Li合金纳米粉体，该纳米粉体中Li与Mg的摩尔比小于35％，纳米粉体的颗粒尺寸小于1μm。

本发明还提供了一种Mg-Li合金纳米粉体的制备方法，该方法包括如下步骤：

S1：采用感应炉制备Mg-Li合金锭；

S2：采用氢等离子体电弧仪器将S1中所述Mg-Li合金锭制备为Mg-Li合金纳米粉体。

进一步地，S1包括如下步骤：

S1.1：将Mg和Li置于感应炉中，抽真空；

S1.2：向感应炉中通入惰性气体，在800-1000℃下熔炼8min-12min，然后浇注在铜坩埚上，冷却，得到Mg-Li合金锭。

进一步地，S1.1中，先将Mg和Li放置于石墨坩埚中，再将石墨坩埚置于感应炉内，抽真空至2×10^-3-5×10^-3Pa。

进一步地，所述S1.2中，冷却为20℃水冷。

进一步地，所述S2中，包括如下步骤：

S2.1：将装有Mg-Li合金锭的石墨坩埚置于氢等离子体电弧仪器的腔室的铜底座上；