[發明專利]高容量貯氫電極合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201410087294.6
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103938052A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李保衛;趙增武;任慧平;張羊換
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C45/00;C22C45/04;B22D11/06;B22F9/04;H01M4/38
• 代理公司: 北京眾元弘策知識產權代理事務所(普通合伙) 11462
• 代理人: 周達;孫東風

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技術領域

本發明屬于貯氫合金材料技術領域，具體地提供了一種用于Ni-MH電的高容量Mg-Y-Ti-Ni-Mn基A₂B型貯氫電極合金及其制備方法。

背景技術

Mg基A₂B型合金由于其儲量豐富、密度小并且吸氫容量大而被廣泛地研究，例如Mg₂NiH₄為3.6wt.%，Mg₂CoH₅為4.5wt.%，Mg₂FeH₆為5.4wt.%。Mg₂Ni合金的電化學理論容量高達1000?mAh/g。這些氫化物極有希望用作燃料電池的貯氫材料或Ni-MH電池的負極材料。然而，由于這些氫化物存在一些缺點如極低的吸放氫動力學、很高的熱穩定性以及極低的電化學循環穩定性，因而限制了這些材料的實際應用。研究表明，具有納米晶或納米晶/非晶結構的Mg基合金在室溫下具有良好的電化學吸氫性能。材料性能的改進歸因于納米晶/非晶結構，這是因為這種結構能夠為氫提供了大量的有利位置。各種非平衡處理技術，特別是機械合金化（MA）以及熔體快淬（RQ），被認為是獲得納米晶/非晶結構非常有效的方法。尤其是高能球磨，已經被證實能夠顯著地提高Mg基合金的吸放氫動力學。然而，經過球磨的Mg基合金的吸放氫循環穩定性很差，這已成為其實際應用難以克服的瓶頸。與高能球磨技術相比，快淬技術能夠克服上述缺點。此外，熔體快淬是獲得納米晶/非晶結構的有效方法，且非常適合于批量化制備納米晶-非晶鎂基合金。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高容量Mg-Y-Ti-Ni-Mn基A₂B型貯氫電極合金及其制備方法。本發明在成分設計上采用稀土釔及鈦部分替代A側元素鎂并且采用錳部分替代B側元素鎳，在制備方法上首先用快淬技術制備出具有納米晶-非晶結構的合金，然后對快淬態合金進行球磨，從而進一步改善合金顆粒的表面特性，并且顯著改善合金的室溫電化學貯氫性能。本發明的高容量Mg-Y-Ti-Ni-Mn基A₂B型貯氫電極合金具有納米晶-非晶結構，在室溫下能夠可逆電化學吸放氫，具有高放電容量和良好的電化學循環穩定性。本發明通過下面的技術方案來實現上述目的。

本發明的一方面提供了一種高容量Mg-Y-Ti-Ni-Mn基A₂B型貯氫電極合金，所述貯氫電極合金的化學式組成為：Mg_20-x-yY_xTi_yNi_10-zMn_z，其中x、y和z為原子比，1≤x≤4，0.2≤y≤1，1≤z≤4。

優選地，x：y：z=2：0.5：2。

本發明的另一方面提供了一種高容量Mg-Y-Ti-Ni-Mn基A₂B型貯氫電極合金的制備方法，其包括以下制備步驟：

（1）按化學式組成Mg_20-x-yY_xTi_yNi_10-zMn_z稱取金屬原料，其中x、y和z為原子比，1≤x≤4，0.2≤y≤1，1≤z≤4；

（2）采用真空感應爐將稱量好的金屬原料熔煉，首先抽真空至1×10^-2-5×10^-5?Pa，然后通入0.01-0.1?MPa的惰性氣體，所述惰性氣體為純氦氣或者體積比為1:1的氦氣和氬氣的混合氣體，隨后加熱至1500-1700℃以獲得熔融的液態母合金，保持5分鐘后直接注入銅鑄模中，獲得母合金鑄錠；

（3）將上述步驟（2）制備的母合金鑄錠置于底部具有狹縫的石英管內，采用感應加熱使母合金鑄錠完全熔融，然后在保護氣體的壓力作用下使液態合金噴射到線速度為10-40?m/s旋轉的水冷銅輥表面上，獲得快淬態合金薄片；

（4）將快淬態合金薄片機械破碎并過200目篩，裝入不銹鋼球磨罐，抽真空后充入高純氬氣，球料比為40:1；轉速為350轉/分，在全方位行星式高能球磨機中球磨2-5小時，從而獲得高容量Mg-Y-Ti-Ni-Mn基A₂B型貯氫電極合金粉末。

優選地，x：y：z=2：0.5：2。

優選地，所述化學式組成中的鎂和稀土釔在配料時增加5wt%-10wt%比例的燒損量，

優選地，所述金屬原料的純度≥99.5%。