[发明专利]一种固态镁基储氢材料MgH2

说明书

本发明提供了一种固态镁基储氢材料MgH₂‑MnV₂O₆，原料包括纳米花球状MnV₂O₆粉末和MgH₂粉末，其中，MnV₂O₆粉末占MnV₂O₆粉末和MgH₂粉末总质量的0.1wt.％～15wt.％。本发明利用MnV₂O₆双金属氧化物对Mg/MgH₂体系进行协同催化改性，显著提升了MgH₂的吸放氢速率，获得了低温储氢性能优异的复合储氢材料，同时达到了吸氢动力学和吸放氢总量的共同优化改善。

技术领域

本发明属于氢能领域的储氢材料，主要涉及一种MgH₂-MnV₂O₆复合储氢材料及其制备方法。

背景技术

能源是人类生存与发展的基础。随着传统化石能源的逐渐枯竭，以及环境的日益恶化。人们对新型能源的需求与日剧增。氢能，具备含能高、来源多样、可再生性强以及对环境友好的优点，不仅是我国能源结构的重要组成部分，而且还肩负着我国实现“双碳”目标的历史使命。氢能系统由制氢技术、储氢技术、输氢技术和氢的利用技术构成。储氢技术是关键环节。

储氢技术分为固态储氢、液态储氢和气态储氢三大类。而固态储氢技术因其具备储氢密度大、安全性强和可循环使用等显著优势受到人们的广泛研究。固态储氢的技术核心是储氢材料。目前储氢材料主要分为物理吸附材料、金属氢化物、配位氢化物和其它储氢材料。其中，镁基储氢材料是具备广泛应用前景的金属基储氢材料，其理论质量储氢密度达到7.6wt.％，高于美国能源部(DOE)提出的轻型车载氢源指标(5.5wt.％)，且还具备资源储存丰富，价格低廉、环境兼容等优点。但是其动力学缓慢、热力学稳定的问题限制了其实际应用。基于此，研究者们采用合金化、纳米化、复合化和掺杂催化对氢化镁进行了改性。虽然一定程度上改善了其储氢性能。但是依然存在吸放氢温度较高，吸放氢动力学较慢的问题。

高能球磨法是将不同材料的粉末按一定配比机械混合。利用高能球磨可制备纳米材料，高强度较长时间的研磨可使得粉末充分均匀和细化，同时球磨过程中的强制作用力将引入大量应变、缺陷。通过增强表面活性，缩短扩散距离以获得优异的储氢性能。此外，高能球磨法是引发了化学反应是一种新思路，可利用机械能来诱发化学反应，产生不同于原始添加物质的新活性物质，以此来制备储氢性能优异的新材料。

利用少量催化剂改性MgH₂的储氢性能是目前的研究热点，也是最简单、高效的方法之一。催化剂可以促进氢分子解离、为Mg/MgH₂形核提供活性位点、提供H扩散通道、抑制颗粒团聚等，因此催化是一种有效改善MgH₂吸放氢动力学性能的方法。通常，单金属元素的催化存在局限性，而双金属元素之间的协同催化效应，能够优劣互补，同时改善Mg/MgH₂体系的吸放氢动力学。近年来，双金属元素的协同催化作用越来越受到人们的关注。研究发现双金属元素的种类、比例、添加方式、以及结构形式等均对协同催化效果具有不同的影响。

MnV₂O₆是一种典型的双金属氧化物，目前还没有出现MnV₂O₆对镁基储氢材料催化改性的相关研究和报道。因此，基于Mn、V元素可能带来的独特的催化效应，我们选择MnV₂O₆掺杂催化Mg/MgH₂体系，研究其催化影响规律，并开发出一种低温储氢性能优异，高储氢容量和长寿命的高效储氢复合材料。

发明内容

本发明拟解决MgH₂吸放氢温度高，动力学缓慢等问题，即实现低温下的快速吸放氢动力学。即实现在室温条件下(25℃)吸氢，并能在较低的放氢温度下(例如225，250℃)具备快速的放氢动力学。