[發明專利]一種鎂銦固溶體及其制備方法

有效

• 申請號: 201010522419.5
• 申請日: 2010-10-26
• 公開（公告）號: CN101967590A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 王輝;鐘海長;歐陽柳章;曾美琴;朱敏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明涉及儲氫材料，尤其涉及一種鎂銦固溶體及其制備方法。

背景技術

目前所研究開發的儲氫材料，普遍存在的問題是具有很高的熱力學穩定性，因而放氫溫度高；另一方面是，動力學性能差，特別是放氫動力學。這兩方面的缺點嚴重阻礙了儲氫材料的實際應用。

現有開發的儲氫材料中，鎂由于具有高的理論儲氫量，良好的循環性能，以及鎂資源豐富等優點，廣泛地吸引了人們的興趣，被認為是最有發展前途的儲氫材料之一。但鎂氫化物的形成焓高達-74.5kJ/mol?H₂，通常情況下需要在300℃以上才能緩慢放氫。所以，對鎂這種儲氫材料的研究，最關鍵的一點就是降低其氫化物的熱力學穩定性。

在過去的研究中，為了提高鎂的動力學性能，采用了添加催化劑、與其它化合物復合和獲得納米晶結構等方法，并取得了良好的結果，特別對鎂的吸氫動力學有了顯著的改善。然而在熱力學去穩定方面，雖然有不少研究工作的開展，但效果依然不理想。有的研究者采用添加第二組元，使其在放氫過程中與鎂形成熱力學穩定的化合物，從而達到對鎂氫化物的去穩定作用，如添加Si元素，這種方法雖然降低了鎂氫化物的熱力學穩定性，但由于在脫氫過程中形成的Mg₂Si過于穩定，導致該反應不可逆。因此，尋找一種方法既能達到對鎂氫化物去穩定作用，又能保持良好的循環性能是鎂儲氫材料發展的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種鎂銦固溶體及其制備方法，使鎂的吸放氫反應路徑發生改變，從而達到減少鎂的吸放氫焓變、降低鎂氫化物熱力學上穩定性的效果，同時具有良好的可逆性，解決了現有技術中的不可逆或者可逆性差的問題。

本發明的目的通過下述方案實現：一種鎂銦固溶體，該鎂銦固溶體中鎂、銦的摩爾比為(100-x)∶x，其中0＜x＜12。

上述鎂銦固溶體的制備方法，包括以下步驟：

(1)把鎂粉和銦粉按照摩爾比(100-x)∶x，其中0＜x＜12的比例配制樣品A；

(2)將按照步驟(1)比例配制的樣品A，在球磨機上進行混粉，得到混合粉末B；

(3)把步驟(2)中，得到的混合粉末B壓制成形，得到生坯C，將生坯C在真空爐中通氬氣保護進行燒結處理；

(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體。

所述步驟(3)中壓制成形的壓力約50MPa～100MPa。

所述步驟(3)保護氣壓約1個大氣壓；燒結溫度約300℃～600℃；燒結時間約3小時～10小時。

上述球磨機可以是行星式球磨機，也可以是其他球磨機；上述步驟(1)中銦粉含量可以是≤10at％(摩爾比)。

本發明鎂銦固溶體，可作為制造電池的材料、氫氣的分離以及回收和凈化材料、制冷或采暖設備材料等。

本發明與現有技術相比，優點及效果在于：

a、本發明采用在鎂中添加適量的銦，并通過上述方法制備的鎂銦固溶體，利用固溶體在吸放氫反應中的相變調制鎂的氫化和脫氫反應焓，從而達到對鎂氫化物的去穩定作用。另一方面，第二組元銦的存在有利氫的解離和擴散，也提高了鎂的吸放氫動力學性能；

b、具體地說，本發明的方法所制得的鎂銦固溶體，在保持了鎂的晶體結構不發生改變情況下，使得鎂的單胞體積減小；在吸氫反應過程中，固溶體發生分解形成鎂氫化物和鎂銦化合物；而在脫氫時，又重新形成鎂銦固溶體，利用反應過程中的相變實現了對鎂吸放氫反應焓的調制。另外，由于第二組元的添加，容易通過球磨的方法獲得納米結構，這種納米結構的鎂具有明顯優于傳統粗晶鎂的吸放氫動力學行為；

c、步驟(3)中通氬氣保護，避免鎂的氧化，燒結溫度300～600℃使Mg-In之間發生擴散反應，避免銦由于比重大而導致偏析；

d、步驟(4)中采用氬氣氛下球磨，使制備的鎂銦固溶體成分均勻，且具有納米結構，有利于氫的擴散進行；

綜上所述，本發明保持了鎂的晶體結構不發生改變，繼承了鎂的優良儲氫性能；本發明可逆性好，解決了其它方法中的可逆性差的問題，固溶體吸放氫完全可逆；本發明制備工藝簡單，有效節約了經濟成本；本發明降低了放氫溫度的同時，也提高了脫氫反應速率。

附圖說明

圖1是本發明初始粉末(Mg，In)及樣品球磨40和50小時的XRD譜

圖2是本發明Mg、In固溶體吸放氫過程的相變，a吸氫前，b不完全吸氫，c完全吸氫，d脫氫后。