[发明专利]一种高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝及其制备方法，属于储氢材料技术领域。本发明高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝：细丝为镁基非晶态合金，由Mg、Ni和稀土元素RE组成，以镁基非晶态合金的原子摩尔量为100％计，镁40～98％、镍1～30％、稀土元素RE 1～30％。本发明采用合金化和快淬方式制备高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝保持非晶态结构直接用于储氢，从而在保持高容量的基础上提高储氢动力学，同时又能提高储氢材料的抗氧化能力和抗晶化能力，材料运输和使用更安全。

技术领域

本发明涉及一种高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝及其制备方法，属于储氢材料技术领域。

背景技术

氢能储能密度大，且产物只有水，是最符合可持续发展理念的清洁能源之一，但氢能的储存和运输成为实现其大规模应用的技术瓶颈。经过多年的探索发展，镁合金逐步成为最有潜力的储氢材料之一。然而镁的合金化虽然提高了储氢动力学，但同时也降低了镁的储氢容量。因此，探索储氢容量与储氢动力学之间的平衡成为一大技术难题。

近年来，人们尝试利用非晶态合金直接作为储氢材料，结果发现储氢容量较晶态合金有很大的提高，这得益于非晶态结构更大的自由体积供氢占位。然而，一方面，镁作为主要的储氢介质，其在合金中含量越高，形成非晶态结构就越困难；另一方面，为了避免非晶态结构在吸氢时不被破坏，往往需要在其晶化温度之下进行，此时温度较低，氢气分子难以在合金表面解离，且难以扩散进合金内部，而且常规的非晶薄带比表面积过小，球磨成粉末又容易破坏非晶态结构。

发明内容

本发明针对现有技术中储氢材料存在的问题，提供一种高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝及其制备方法，即采用合金化和快淬方式制备高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝可保证在很高的温度下保持非晶态结构，提高材料的储氢动力学。

一种高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝，细丝为镁基非晶态合金，由Mg、Ni和稀土元素RE组成，以镁基非晶态合金的原子摩尔量为100％计，镁40～98％、镍1～30％、稀土元素RE 1～30％；

所述稀土元素为钇、镧、钕、镨、钬的中一种或多种；

所述高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝的制备方法，具体步骤如下：

(1)将镁锭、镍锭和稀土锭加入到熔炼炉中熔炼，冷却得到合金铸锭；

(2)去除合金铸锭表面氧化膜，然后熔融成合金熔体，合金熔体经高压惰性气体吹至旋转辊轮表面进行快淬处理并甩出镁基非晶态微米储氢细丝；

所述步骤(2)辊轮转速为20～50m/s；

所述步骤(2)镁基非晶态微米储氢细丝的直径不大于100μm。

本发明的有益效果是：

(1)本发明高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝的热稳定性高于现有的镁基非晶态合金，可以允许其在更高的温度下进行吸氢，从而获得优异的储氢动力学性能；高热稳定性更有利于储氢材料的保存、运输，从而保证结构的稳定性；

(2)本发明高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝直径小于100μm，比常规的非晶态薄带具有更大的比表面积，具有更加可观的储氢性能；

(3)本发明高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝抗氧化性能好：非晶态合金的无序结构具有优秀的抗氧化能力，而常规的晶态镁合金在常温下就容易发生氧化，表面生成的一层氧化膜不仅使储氢容量损失，而且极大地降低了储氢动力学性能；

(4)镁合金为了获得高的储氢量，通常需要提高镁的含量，但镁的含量越高，合金的非晶形成能力就越差；本发明高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝比起常规的非晶薄带或大块非晶具有更小的尺寸大小，更容易形成非晶态，允许更高镁含量的非晶合金作为储氢介质；

(5)本发明高热稳定性镁基非晶态微米储氢细丝突破了常规晶态合金的储氢容量。