[發明專利]一種具有長周期結構的鎂基儲氫合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201110287869.5
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102337438A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 劉江文;鄒長城;王輝;歐陽柳章;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;C22C1/03;B22F9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及儲氫材料，具體涉及一種具有長周期結構的鎂基儲氫合金及其制備方法。

背景技術

我國當前的經濟高速發展，對能源的需求極大地增加，但是能源結構體系仍以煤、石油、天然氣等化石燃料為主，而大規模化石燃料的使用，造成了嚴重的環境污染問題。同時由于化石燃料的不可再生性，將會產生較為嚴重的能源危機。因此，發展新能源，發展清潔的新能源，是全世界可持續發展的必由之路。而在眾多的新能源中，氫能有著不可比擬的優點。

儲氫的關鍵技術問題在于儲氫，目前研究較多的是金屬氫化物儲氫技術。金屬氫化物的出現為氫的儲存、運輸及利用開辟了一條新途徑。而鎂基儲氫材料由于儲氫容量高，價格低廉，無污染而受到關注，但其吸氫溫度較高，吸放氫動力學性能較差，因此限制了鎂基儲氫材料的實際應用。

有研究表明（Ref:Kalinichenka,S,L.R?ntzsch,et?al.(2010).Journal?of?Alloys?and?Compounds?496((2010)):608-613;Gennari,F.C.and?M.R.Esquivel?(2008).Journal?of?Alloys?and?Compounds?459(1-2):425-432），Ni、Y元素的添加對鎂合金的儲氫性能有較大的改善，另外有學者在MgNiY合金中新發現了一種長周期結構（Itoi,T.,K.Takahashi,et?al.(2008).Scripta?Materialia?59(10):1155-1158），其中長周期結構是一種Mg基的過飽和有序固溶體。

目前研究人員主要通過元素替代、添加催化劑、復合改性、改進合成工藝等方法，來改善Mg基儲氫合金的儲氫性能。雖然這些方法能夠不同程度的改善合金的儲氫性能，但是緩慢放氫動力學以及較高的放氫溫度，仍然是有待解決的關鍵問題。

發明內容

為提高鎂基儲氫合金合金的吸放氫動力學性能及儲氫性能，本發明的提供一種具有長周期結構的鎂基儲氫合金，即具有長周期結構的Mg-Ni-Y系儲氫合金，以及制備該鎂基儲氫合金的方法。

本發明鎂基儲氫合金的化學組成式為Mg_{100-(2x～4x)}Ni_x～3xY_x，其中2≤x≤6，所述鎂基儲氫合金具有鎂基長周期堆垛有序相（LPSO），該鎂基長周期堆垛有序相為鎳（Ni）、釔（Y）原子的過飽和有序鎂基固溶體，Ni、Y原子在納米尺度下周期性地固溶在鎂基體中，該長周期堆垛有序相結構在400℃的高溫下仍非常穩定。

所述鎂基長周期堆垛有序相占鎂基儲氫合金體積百分比的40%～75%，余量為Mg、Mg₂Ni和Mg₂₄Y₅。

該鎂基儲氫合金在首次吸氫過程中進行LPSO分解。

LPSO吸氫過程中的反應如下所示：?

??。

LPSO充分吸氫后，放氫過程中的化學反應如下所示：

。

?所述鎂基長周期堆垛有序相為18R長周期相和14H長周期相。

所述18R長周期相中各元素及其原子質量百分比分別為：Mg?74%～80%、Ni?14%～19%、Y?5%～7%。

上述鎂基儲氫合金的制備步驟如下：

將純鎂和鎳-釔（Ni-Y）中間合金按照鎂基儲氫合金的化學組成式Mg_{100-(2x～4x)}Ni_x～3xY_x進行感應熔煉，得到鎂基合金鑄錠，其中2≤x≤6；

將鎂基合金鑄錠進行機械粉碎，再進行高能機械球磨，即得到鎂基儲氫合金。

進一步的，所述高能球磨是在惰性氣氛下，采用行星式高能球磨機進行，料球比10:1～25:1，球磨時間1h～2h，轉速200r/min～600r/min。

熔煉過程中要考慮Mg的損耗，在保護氣氛下進行熔煉。

以上原料市場均有售，本發明對工業純鎂和Ni-Y中間合金無特殊要求，均可實施。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、本發明所提供的鎂基儲氫合金具有很高的活性，在一次吸放氫活化之后就能正常吸放氫；