[發明專利]添加金屬氧化物的鎂基復合儲氫材料及制備方法

無效

• 申請號: 201210376862.5
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102862958A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 鄒建新;龍勝;曾小勤;郭皓;丁文江
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;B82Y30/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種復合儲氫材料，特別涉及一種添加金屬氧化物的鎂基復合儲氫材料納米粉體。

背景技術

氫能是人類的終極能源，取之不盡，用之不竭，但傳統的高壓氣態儲氫、液態儲氫方式危險、耗能、儲氫量低。所以，氫的安全有效存儲已是氫能利用的關鍵環節。近年來固態形式的金屬基材料儲氫受到了廣泛的研究，目前已開發了鈦系、稀土系、鋯系、釩系固溶體、鎂系儲氫合金。但鈦系、稀土系、鋯系、釩系儲氫合金均存在著儲氫容量低的缺點，難以達到實際應用的需求。鎂基儲氫材料具有密度小，僅為1.74g/cm³；儲氫容量高，氫化鎂的理論儲氫容量為7.6wt％；資源豐富，價格低廉，無環境污染安全性高，沒有爆炸危險，放氫純度高等優點，被認為是最具應用前景的金屬儲氫材料。鎂基儲氫材料的儲氫原理是利用其與氫氣間存在的可逆反應，達到氫氣的儲存和釋放。當在一定的溫度下并滿足相應氫壓時，鎂基儲氫材料便能與氫氣反應生成金屬氫化物并放出熱量；反過來，生成的金屬氫化物在適當的溫度及壓力下且有熱量輸入時就放出氫氣。

但鎂基儲氫材料離實際應用還存在著一段距離，主要原因在于MgH₂吸放氫熱力學、動力學性能均較差，主要表現在：MgH₂的生成焓高達-74.5kJ/mol，且需要Mg與H₂在300～400℃、2.4～40MPa下才能生成，而生成的MgH₂非常穩定，它的分解需要更高的溫度才能獲得可觀的反應速度。

近些年來，為改善鎂基儲氫材料的儲氫性能，國內外的研究者做了大量的工作。Liang等采用金屬單質元素(Ti，V，Mn，Fe，Ni)作為催化劑，通過機械球磨的方法來改善MgH₂吸放氫性能，發現大大降低了MgH₂的放氫活化能。Oelerich等通過在球磨MgH₂時分別添加Sc₂O₃、TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃、Mn₂O₃、Fe₃O₄、CuO、Al₂O₃和SiO₂，發現具有可變化合價的過渡金屬氧化物具有較好的催化作用。然而，在以上的這些報道中，產物吸氫速率緩慢，且制備鎂基納米粉的方法也較復雜，產物活性高不易保存，產量較少。這些都對鎂基儲氫合金的實際應用不利。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種添加金屬氧化物的高容量的鎂基儲氫材料及其制備方法，本發明所制備的儲氫合金能廣泛應用于氫的規模化運輸、燃料電池的氫源和氫的提純等領域，具有產率高，產物易存放，吸氫量大等優點。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種添加金屬氧化物的鎂基儲氫納米粉由鎂金屬和金屬氧化物組成，即Mg-M_xO_y組合物，所述金屬氧化物質量百分含量為0.1％-20％，其余為鎂金屬，所述金屬氧化物(M_xO_y)為三氧化二釔(Y₂O₃)、二氧化鈰(CeO₂)、三氧化二鐵(Fe₂O₃)、二氧化鈦(TiO₂)、五氧化二鈮(Nb₂O₅)中的一種或多種；所述鎂基儲氫納米粉通過將鎂金屬和金屬氧化物的混合物經高溫熔化并蒸發后，再經鈍化而制得。

本發明所述鎂基儲氫納米粉可通過本領域常規方法制備，也可通過以下方法制備：

一種制備所述鎂基儲氫納米粉的方法，包括以下步驟：將所述鎂金屬粉末和所述金屬氧化物粉末按儲氫材料組成混合均勻后(優選粉末顆粒直徑為75-100微米)，在液壓式壓片機中冷壓成圓柱狀塊體，塊體規格為Ф2cm×h2cm，優選壓力范圍15-25MPa，然后用所述塊體為陽極，鎢棒為陰極，在直流電弧等離子體設備中起弧使所述塊體熔化并蒸發，起弧前將所述設備抽真空至5×10^-2Pa，充入氬氣至設定壓力0.7-0.8atm，通冷卻水，冷卻水溫度控制在室溫，水壓2-3MPa；起弧完成后進行原位鈍化，鈍化后，收集內壁粉末，制得所述鎂基儲氫納米粉。