[發明專利]一種非晶態鈦-銅-鎳基儲氫復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810163647.0
• 申請日: 2008-12-22
• 公開（公告）號: CN101436665A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 陳立新;俞凱嶸;肖學章;蔣威;賈彥敏;雷永泉;陳長聘;應窕;葛紅衛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/04;H01M4/24;H01M4/26;C22C45/00;C22C1/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種儲氫復合材料及其制備方法，特別是非晶態鈦-銅-鎳基儲氫復合材料及其制備方法。

背景技術

金屬氫化物-鎳(Ni/MH)電池是以儲氫電極合金作為負極活性物質的高容量堿性二次電池，迄今已實現大規模產業化。目前，幾乎所有商品鎳氫電池的負極活性物質都用稀土系AB₅型儲氫電極合金，他們都是典型的二元LaNi₅合金基礎上發展起來的多元合金。LaNi₅的理論電化學容量為372mAh·g^-1，而市售的實用AB₅型多元儲氫電極合金放電容量僅280～320mAh·g^-1，約為LaNi₅理論放電容量的75～85％。

由于計算機、通訊設備。音像設備等電子產品及電動車輛的迅速發展與普及，對二次電池的高容量、小型化與輕量化提出了更高要求。若干新的改進材料已被提出，其中一些鋯系AB₂型Laves相電極合金的放電容量達到380～420mAh·g^-1，但存在初始活化困難、高倍率放電性能較差的問題，而釩基固溶體型的電極合金放電容量也可達350～450mAh·g^-1，但也存在循環穩定性和高倍率放電性能較差的問題，同時這兩種合金的成本昂貴、性價比較低。

Ti₂Cu合金是一種儲氫能力較強的低成本新型功能材料，它具有MoSi₂型體心四方結構，擁有較多的可供氫原子貯存的四面體間隙和八面體間隙，其飽和吸氫后生成的氫化物的理論電化學容量可達678mAh·g^-1，遠高于LaNi₅的理論電化學容量372mAh·g^-1。但是晶態Ti₂CuH₄氫化物的熱力學性質十分穩定，需在300℃以上高溫才能放氫，無法在室溫下實現氣固反應可逆儲氫或電化學可逆儲氫，目前僅在氣冷反應堆的高溫化學熱泵中得到應用。為此，已研究和提出了各種改進技術，其中，最有效的方法是把Ti₂Cu合金制備成非晶結構，例如文獻《A.J.Maeland，L.E.Tanner，G.G.Libowitz.Hydrides?of?metallic?glassalloys.Journal?of?the?Less-Common?Metals，74(1980)279.》通過真空快淬方法制備出帶狀的Ti₂Cu非晶合金，其氣態儲氫容量比晶態時提高35％以上，并且放氫溫度也下降至150℃左右。這充分說明通過合金組織結構的優化調配可以有效改善此類合金的吸放氫特性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能在室溫下進行電化學儲氫的非晶態鈦-銅-鎳基復合材料及其制造方法。

本發明的非晶態鈦-銅-鎳基儲氫復合材料，其化學通式為Ti_2-xM_xCu_1-yN_y+zNi，式中0＜x≤0.5，0＜y≤0.3，M為能與氫反應生成金屬氫化物的金屬元素Zr、Mg、Ca或稀土中的一種，N為Al或過渡元素Cr、Fe、Ni、Mn和Y中的一種，0.5≤z≤2.0，z為Ni重量與Ti_2-xM_xCu_1-yN_y重量的比值。

非晶態鈦-銅-鎳基儲氫復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)按照化學式Ti_2-xM_xCu_1-yN_y中的成分及上述成分的重量百分比配料，采用磁懸浮感應爐在氬氣保護下熔鑄成晶態合金錠，將合金錠破碎成粒徑小于100μm的合金粉；

(2)將上述合金粉與該合金粉重量0.5～2倍的鎳粉一起混合裝入球磨機球罐中球磨，鎳粉的粒徑小于100μm，球料比為30∶1，連續球磨90～150小時，獲得非晶態鈦-銅-鎳基儲氫復合材料。