[發明專利]一種可低溫脫氫的鎂基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410677464.6
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104357723B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 張耀
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/05;B22F9/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 沈振濤

技術領域

本發明屬于電池材料領域，特別涉及一種可低溫脫氫的鎂基復合材料，還涉及該可低溫脫氫的鎂基復合材料的制備方法。

背景技術

地球上化石能源日漸枯竭，生態環境持續惡化，尋找可再生的清潔能源已成為全人類的共識。而氫作為高效潔凈的能源載體，是極具潛質的能源替代方案之一。

氫氣的制取、存儲、和在燃料電池方面的應用構成了氫能循環利用的三個重要環節。而作為中間環節的氫的存儲目前面臨著諸多問題(動力學性能、熱穩定性、吸放氫可逆性、容量及循環穩定性、經濟性、安全性等等)，成為制約氫燃料電池汽車以及其他方面應用的主要瓶頸之一。鑒于此，各發達國家都在持續專注于與儲氫相關的新材料、新技術的研究開發。

MgH₂因儲氫容量高，Mg的地球資源豐富而受到廣泛的關注。然而MgH₂及其復合體系的熱穩定性較高(MgH₂在真空狀況下，接近400℃才開始脫氫)，吸放氫動力學性能較差，阻礙了這一體系的實際應用。多年來，人們一直致力于降低MgH₂及其復合體系的熱穩定性，提高其脫氫動力學性能。其中，Mg-Ti-H復合儲氫材料體系的動力學性能較為顯著，脫氫溫度也有顯著下降，可在150-200℃下脫氫，并可以在室溫至100℃的溫度條件下可逆吸氫。Mg-Ti-H體系的這一性能展現出較好的吸放氫動力學特性，可以作為一種高效的儲氫材料使用，引起了人們的廣泛關注。盡管如此，Mg-Ti-H材料的熱力學穩定性仍然比較高，放氫溫度仍然高于燃料電池(FC)的工作溫度(～80℃)，且動力學性能依舊還有很大的提升空間，距離其實際應用還比較遠。

以往的研究表明，MgH₂是一種高容量(7.6wt.％)的儲氫材料，但卻具有高熱穩定性(72kJ/mol?H₂)、高脫氫溫度溫度(～400℃)、較遲緩的脫氫動力學性能等特點。為此，在其基礎上，通常通過添加Nb₂O₅，TiH₂等添加劑，使得其脫氫的動力學性能得以顯著提高，脫氫溫度也下降到了200℃附近。然而這些添加劑只是對MgH₂的表觀活化能進行了削弱，但是對材料本征的熱力學性質卻沒有任何改變。因為材料的反應路徑沒有任何改變，故此脫氫的焓變也就不發生任何變化，熱穩定性也沒有實質性地降低。

發明內容

發明目的：為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高容量、適宜的熱穩定性、高脫氫活性的MgH₂-TiH₂-Pd復合儲氫材料及其制備方法。

技術方案：本發明提供的一種可低溫脫氫的鎂基復合材料，該復合材料為Pd摻雜的xMgH₂-TiH₂復合物；其中，x為1～8，摻雜物Pd的摩爾分數為0.1～1％。

本發明還提供了上述可低溫脫氫的鎂基復合材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：在惰性氣體保護下，將MgH₂、TiH₂與Pd混勻、球磨，即得。

優選的球磨時間為1-20h，球料比為(80-100):1，球磨機公轉速度為300-500rpm。

有益效果：本發明提供的可低溫脫氫的鎂基復合材料制備方法簡單、成本較低，通過添加Pd，改進體系的脫氫反應途徑，熱穩定性適合、容量高、脫氫活性高，該材料具有適于FC工作的放氫工作溫度、高放氫速率等特性。

本發明通過在MgH₂-TiH₂復合體系當中引入Pd，與TiH₂一起改善復合材料的動力學性能，同時使得反應的路徑改變，適度地降低了材料體系的熱力學穩定性，起到了一舉兩得的作用。這是本發明的重要思想，基于此思想所獲得的材料體系脫氫起始溫度降到了150℃作用，比MgH₂-TiH₂低50℃，該材料的低溫脫氫性能有了大幅提高。

附圖說明

圖1是MgH₂-TiH₂-Pd材料混磨5小時后的X射線衍射譜圖；

圖2是MgH₂-TiH₂-Pd混磨5小時后的測試樣品的隨溫放氫曲線；

圖3是MgH₂-TiH₂-Pd材料混磨后的X射線衍射譜圖；