[發(fā)明專利]一種用于制備氫氣的合金及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710164411.4
• 申請(qǐng)日: 2007-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101182612A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 舒康穎;秦來(lái)順;史宏聲;柴文祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): C22C21/00
• 分類號(hào): C22C21/00;C22C24/00;C22C1/02;C01B3/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料制備和氫氣制備技術(shù)，具體涉及一種用于制備氫氣的合金及其制備方法。

背景技術(shù)

氫氣作為一種重要的氣體已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、食品和冶金材料工業(yè)中，同時(shí)它也是一種重要的清潔能源載體，在新世紀(jì)將有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前世界大國(guó)包括歐盟、美國(guó)、日本等都在投入巨資進(jìn)行燃料電池和相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用，如燃料電池，被認(rèn)為是理想的石油汽車(chē)的替代動(dòng)力，尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEFC)，是新世紀(jì)國(guó)際上攻克能源危機(jī)和環(huán)境污染的前沿技術(shù)領(lǐng)域，特別是對(duì)以氫氧燃料電池驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)工具的研制開(kāi)發(fā)，已被發(fā)達(dá)國(guó)家列為重點(diǎn)投資研究項(xiàng)目，國(guó)際上已經(jīng)展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。然而，氫燃料電池的商業(yè)化之路舉步維艱，燃料電池大規(guī)模應(yīng)用急需解決的一個(gè)重要問(wèn)題就是如何為燃料電池高效、安全地提供氫源。

目前的各種燃料電池提供氫源的方法有很多種，但是均存在著一些問(wèn)題。如高壓氫氣瓶法存在使用和運(yùn)輸過(guò)程中成本大、安全性差等缺點(diǎn)，甲醇或汽油重整法雖然使用較為方便，能把制氫與儲(chǔ)氫融為一體，但缺點(diǎn)是要求有較高的重整溫度，能量轉(zhuǎn)化率低，故成本高，而且無(wú)法達(dá)到有害氣體零排放，無(wú)法應(yīng)用到大功率燃料電池中，而且低溫放氫性能較差。無(wú)機(jī)氫化物儲(chǔ)氫法是利用如硼氫化鈉，氫化鋰，氫化鈣等無(wú)機(jī)氫化物與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的原理來(lái)制備氫氣，這種方法的特點(diǎn)是產(chǎn)氫氣速度快，可低溫產(chǎn)氫，缺點(diǎn)是氫化物原材料成本高，回收再利用困難，很難廣泛應(yīng)用。

除了上述的活潑金屬的氫化物制備氫氣的技術(shù)外，用金屬制氫歷來(lái)是一種眾所周知的原始方法，而近來(lái)用金屬或合金制備氫氣技術(shù)又重新受到人們的重視，并取得了突破。金屬制氫主要是活潑金屬包括堿金屬、堿土金屬與水反應(yīng)，如2Na+2H₂O→2NaOH+H₂↑，但是由于反應(yīng)劇烈，無(wú)法控制，而且堿金屬活波，保存困難，存在爆炸的危險(xiǎn)，操作困難等原因，所以該方法無(wú)法實(shí)際上為生活和工業(yè)技術(shù)中提供氫源。1997年，美國(guó)Purdue大學(xué)的Jerry?Woodall發(fā)現(xiàn)了鋁鎵合金可與水反應(yīng)制備氫氣，雖然每磅的鋁可所獲得的能量低于汽油，但是鋁更便宜，資源更豐富，所以有可能代替石油應(yīng)用于各種機(jī)動(dòng)車(chē)。與鈉制取氫氣相比，金屬鋁更有優(yōu)勢(shì)，金屬鋁粉與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)制取氫氣的反應(yīng)方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O→2NaAlO₂+3H₂↑，氫氣制備裝置技術(shù)也開(kāi)始研究[中國(guó)專利02104279.9：一種氫氣制備裝置]。

在所有的堿金屬中，相比較而言，鋰是最不活波而較為容易保存的一種金屬，其與水反應(yīng)也相當(dāng)劇烈，與氧氣的反應(yīng)也很快，純鋰金屬在空氣中片刻就會(huì)失去金屬光澤，所以單純用金屬鋰與水反應(yīng)制取氫氣在實(shí)際的應(yīng)用中并不可行。在金屬鋰和鋁的二元體系相圖中，如圖1所示，存在三個(gè)化合物AlLi、Al₂Li₃和Al₄Li₉，這些化合物可能既與水能發(fā)生反應(yīng)放出氫氣，同時(shí)反應(yīng)程度降低，而使得控制方便、安全，適合于工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為解決為燃料電池和其它氫能源技術(shù)中氫氣制備過(guò)程中存在的環(huán)境污染和安全問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于制備氫氣的合金及其制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：

一、一種用于制備氫氣的合金：

該合金的化學(xué)成分為Al和Li，其中Li的質(zhì)量百分含量為20％～70％，Al的質(zhì)量百分含量為30％～80％，該合金由立方β相的AlLi、由立方β相的AlLi和三方菱形結(jié)構(gòu)的Al₂Li₃或由立方β相的AlLi和三方菱形結(jié)構(gòu)的Al₂Li₃和單斜Al₄Li₉組成。

二、一種用于制備氫氣的合金的制備方法：

將金屬鋰的質(zhì)量百分含量為20％～70％，金屬鋁的質(zhì)量百分含量為30％～80％配置、混和，然后在真空熔煉設(shè)備中熔化，熔煉溫度高于純鋁的熔點(diǎn)680℃，待全部熔化后，降低溫度到高于混合合金的熔點(diǎn)以上，使其處于熔體狀態(tài)后保溫，然后冷卻至常溫。

所述的鋰和鋁為粉末、片狀、條帶狀、粒狀或鑄錠。

本發(fā)明的合金制備氫氣的優(yōu)點(diǎn)為：

1、金屬鋁和鋰原材料資源在地球上的儲(chǔ)量豐富，原料來(lái)源廣泛。