[發明專利]經表面催化的高活性鎂基儲氫材料及制備方法

無效

• 申請號: 200710038986.1
• 申請日: 2007-04-03
• 公開（公告）號: CN101054645A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 余學斌;吳鑄;陳秋榮;李志林;黃鐵生
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;B01J21/00;B01J23/20;B22F9/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一種經表面催化的高活性鎂基儲氫材料，該合金擁有良好的活化性能和高的儲氫容量，是作為氫的存儲和運輸以及燃料電池用儲氫瓶等方面的理想材料。

背景技術

金屬氫化物儲氫是氫氣儲存的重要手段。其原理是通過氫氣與儲氫合金之間進行的可逆反應，實現氫的儲存與釋放，即外界有熱量傳遞給金屬氫化物時，它就分解成為儲氫合金并放出氫氣，反之，氫和儲氫合金構成氫化物時，氫就以固態結合的形式儲于其中。用儲氫材料儲存與輸送氫有以下特點：

(1)體積儲氫密度高

(2)不需要高壓容器和隔熱容器

(3)安全性好，沒有爆炸危險

(4)可得到高純度氫

儲氫合金按各類合金中主要吸氫元素的不同通常可劃分為Ti系(以TiMn₂和TiFe為代表)、稀土系(以LaNi₅為代表)、V系固溶體儲氫合金以及Mg系(以Mg₂Ni為代表)。Ti系及稀土系以及V系合金的儲氫容量為1.4％～3.5％，這難以達到實際應用的要求。

鎂及鎂基合金由于其大的容量(鎂的理論容量為7.6％)和低的成本是作為燃料電池氫源的理想材料，但是其高的吸放氫溫度和差的動力學性能是制約該類合金實際應用的主要問題。

先前的結果報道了氧化物催化可以改善鎂基合金的儲氫性能[J.AlloysComp.315(2001)237；J.Alloys?Comp.347(2002)319；Int.J.Hydrogen?Energy16(4)(1991)265；DE19913714]。Oelerich等人發現0.05wt.％氧化物添加到MgH₂中球磨120小時后，該合金在300℃顯示了良好的放氫性能。進一步，Liang等通過高能球磨(20小時)MgH₂和5％的釩[WO9920422]，使得該合金可以在300℃左右放氫。然而，在以上的這些報道中，吸放氫溫度仍然需要300℃左右。此外長時間的球磨損耗了大量的機械能，也降低了材料的儲氫容量。這些都對鎂基合金的實際應用不利。

發明內容

本發明的目的旨在提供一類經表面催化的高活化性能的鎂基儲氫材料及制備方法，以克服現有鎂基儲氫合金的不足。使得所制備的儲氫合金能夠在氫的規模化運輸，燃料電池的供氫源，氫的提純等領域得到廣泛的應用。

所述的儲氫材料是由鎂金屬和作為，表面催化的催化劑為Ti-V基合金組成，所述的Ti-V合金的通式為Ti_100-x-y-zV_xMn_yM_z，式中15≤x<50，5≤y<30，0<z≤30，M至少為Cr，Fe，Ni或稀土元素中的一種或兩種元素，所使用的催化劑的質量百分含量為5％～50％。

所述的Ti-V基合金為BCC相。

所述的儲氫材料中催化劑分布在鎂的表面或基體中，加入的催化劑呈鑄態或鑄態合金氫化。

本發明提供的鎂基儲氫材料的制備方法是按儲氫材料組成混合后，在氫氣氛下球磨0.5-5小時，球磨時間的氫壓為1-50大氣壓；球磨后儲氫轉速為200-600轉/秒。

本發明提供的鎂基儲氫合金具有良好的儲氫動力學性能和高的儲氫容量，在常溫下的最大吸氫量為3～6.5％，在200℃以下的放氫量為3～6.5％。

附圖說明

圖1Mg+50wt％?Ti-15Mn-15Cr-25V-5Fe(鑄態)球磨5小時后的XRD圖譜。

圖2Mg+50wt％?Ti-15Mn-15Cr-25V-5Fe(鑄態)球磨5小時后的放氫特性曲線(質譜)。

圖3單一的鎂粉(a)和Mg+20wt％氫化的Ti-15Mn-15Cr-30V(b)球磨1小時后的質譜和熱重(插入的)曲線。

圖4Mg+5wt％?Ti-10Mn-15Ni-35V(氫化態)球磨2小時后的掃描電鏡圖片(箭頭所指的白色顆粒為BCC合金)。

圖5Mg+5wt％?Ti-10Mn-15Ni-35V(氫化態)球磨2小時后的PCT曲線。

具體實施方式

下面通過具體實例對本發明作進一步說明：

實施例1：鎂金屬粉末為商業購買，試驗所用催化劑制備如下：設計合金組份為Ti-15Mn-15Cr-25V-5Fe，各單質原料的純度均在99.5％以上，配取50克樣品在高頻磁懸浮熔煉爐上反復熔煉4次，以確保合金均勻。所得合金即為鑄態合金。