[發明專利]鎂基儲氫薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201310652616.2
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103668070A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 程宇婷;卓之久;鄭興才;方章建;陶磊明;周歡歡
• 申請（專利權）人: 中盈長江國際新能源投資有限公司
• 主分類號: C23C14/14
• 分類號: C23C14/14
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮西

技術領域

本發明涉及一種用于儲存能量的薄膜，具體地指一種鎂基儲氫薄膜及其制備方法。?

背景技術

化石燃料的替代能源已經受到越來越多的關注，社會、政府、企業以及科研機構都逐步認識到其重要性，而氫能作為一個可不斷再生、安全、清潔的可替代能源，從安全、方便以及能量密度的角度考慮，儲氫材料更傾向于利用金屬吸附氫從而形成一個不易爆炸的金屬氫化物固體。美國能源部已經推出了關于對低溫儲氫合金和儲氫碳材料的相關研究任務。使用氫能源燃料電池作為汽車的動力，要求儲氫系統的儲氫容量達到6.5wt%或者60kg/m³，并且儲氫系統的一次形成要超過350英里。?

金屬氫化物儲氫，某些過渡金屬、合金、金屬間化合物由于其特殊的晶格結構等原因，在一定條件下，氫原子比較容易進入金屬晶格的四面體或者八面體間隙中，形成金屬氫化物。其儲氫體積密度大，可達100kg/m³，但質量較大，并且在放氫時的條件嚴苛，因而成本較高。所以開發出一個又輕又便宜，放氫過程不需要過高的溫度，并且能夠多次循環吸放氫的材料是十分必要的。?

鎂是一種良好的儲氫材料，在一定的條件下能夠吸放氫，但是要被廣泛應用，其苛刻的吸放氫條件、高昂的儲氫成本讓人對其望而卻步。研究發現，有三種最有效的方法能夠改變其苛刻條件：?

1、加入催化金屬層，使氫氣更容易分解為氫原子；?

2、降低鎂的顆粒尺寸，比如納米結構能夠顯著增加鎂的氫化速?度，我們可以認為是比表面積增大，加速金屬鎂與氫原子的氫化反應速率；?

3、鎂與其它元素（例如Ni等）的合金可以進一步轉變吸放氫反應的熱動力學性能。?

所以研究一種能同時滿足以上三點條件，并且使用低成本的、資源豐富的原材料制備儲氫材料，是十分有意義的。?

儲氫合金需要有一個對氫氣具有強大吸附力的元素并且可以與氫分子結合成一個復合態。儲氫合金主要包括：稀土金屬、鈦系、鋅系和鎂系，或者被歸類于上述主要組成元素的幾種原子比例：AB、A₂B、AB₂、AB₅、A_xB、AB_x（A是氫的結合元素，B是具有催化作用或者其它特殊作用的元素）。鎂基金屬間化合物是一種典型的合金，鎂作為基底與第二種元素結合，有的甚至是多種元素相結合。鎂基金屬間化合物主要與Ni、Ti、V和Cu等結合用作儲氫材料。?

催化材料（同時具備防腐蝕功能）與吸放氫材料的融合方式也一直都處于不斷試驗的階段，通常采用的兩種方法是：濕化學法以及機械球磨法，采用前驅體添加項為過渡金屬化合物或元素態過渡金屬粉末。用上述方法雖然可行，但是催化體系在成分構成或催化相復合結構等方面卻有諸多問題。濕化學法易導致實際儲氫量降低并且在加入有機配體時，在加熱過程中整個催化體系易受到碳氫化合物影響污染氫源；在球磨過程中，難于獲得理想的催化相復合結構，沒有良好的儲放氫動力學性能。?

物理沉積法有其獨特的優勢，可以簡易地使催化層達到納米級，而也可以得到納米級的鎂基合金，并且此方法簡便易行，具有低成本的特性，對于制備儲氫材料來說，是一種尚佳的選擇。并且通過一系列的驗證得出，催化劑以及儲氫材料的儲氫性能隨其尺寸的減小而顯著提高，當儲氫材料的顆粒尺寸達到納米級時，其放氫溫度大幅降低，有效地改進了儲氫材料的儲氫性能。但是由于薄膜本身的特性，若是?沒有除去基底物質，那么其有效儲氫量非常低，甚至不足1%。雖然薄膜的厚度在儲氫質量比上有很大的優勢，但也正因濺射薄膜而導致了其有效儲氫量低，循環次數少等缺點。一般鎂基儲氫材料為了提高儲氫效率，需要其中有催化與擴散功能的材料，從而可以更快且更高效地儲放氫，但是所需金屬材料越多，那么在制備靶材的時候就越困難，并且容易導致靶材混合不均勻的問題，也造成了最終有效儲氫量低，而將儲放氫反應材料、催化材料、擴散材料分層濺射，就會避免這些問題，使得每一個材料都有效的發揮其功能，并且可以顯著提高材料的實際儲氫量。?

微波熱處理法，一般常見于處理無機非金屬或者高分子聚合物，但是在進行一系列的條件設置后，發現對于金屬合金，特別是金屬催化劑的催化效果的提升，微波熱處理法也是有顯著的效果的，可以增強催化層與反應層之間的相互作用，從而顯著提高金屬催化劑的催化效果。而為了使儲氫材料所需要的催化層、擴散層以及反應層之間發揮更好的儲氫效果，選擇用微波熱處理法可以加強儲氫薄膜材料層與層之間的互相作用。?

目前，還沒有關于將物理沉積法和微波熱處理法聯合處理的報道。?

發明內容