[發(fā)明專利]一種納米晶鎂鋁基貯氫材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611120717.5
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN106756361B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亞琴;尚宏偉;祁焱;郭世海;張羊換;趙棟梁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號(hào): H01M4/46
• 分類號(hào): H01M4/46
• 代理公司: 北京中安信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11248
• 代理人: 張小娟

本發(fā)明涉及一種納米晶鎂鋁基貯氫材料及制備方法，其化學(xué)式組成為：Mg_100?xAl_x+y(wt.％)C。式中x為原子比，y為質(zhì)量百分比，且10≤x≤30，1≤y≤8。優(yōu)選的合金組分為Mg₉₀Al₁₀+5wt.％C。該制備方法是在高純氬氣保護(hù)下通過將鎂粒、鋁粉與納米石墨粉在行星式球磨機(jī)中混合球磨制得。本發(fā)明主要特點(diǎn)是在成分設(shè)計(jì)上采用自然界中儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉的Mg、Al為組成元素，同時(shí)添加少量的納米石墨粉進(jìn)行混合球磨。該工藝制備的上述組分材料為納米晶結(jié)構(gòu)，主相為Mg相，還包含少量的Al相。材料具備快速吸放氫性能，易破碎，最大貯氫量達(dá)到6.41wt.％，飽和吸放氫最快僅需600s，適用于車載貯氫系統(tǒng)或者加氫站。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于貯氫合金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米晶鎂鋁基貯氫材料及制備方法。

背景技術(shù)

氫燃料電池汽車(HFCV)由于補(bǔ)給時(shí)間短、無二次污染、續(xù)航里程遠(yuǎn)、易維修等優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是未來汽車的終極形態(tài)。日本、英國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)在HFCV的研發(fā)方面處于領(lǐng)先地位。但相比于電動(dòng)汽車(EV，HEV)的迅猛發(fā)展，HFCV還未達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的水平。限制其發(fā)展的主要因素除了較高的價(jià)格外，還在于缺乏安全、高效的貯氫方法。現(xiàn)有的高壓氣態(tài)貯氫、低溫液化貯氫技術(shù)在安全、成本等方面無法滿足用戶要求。另外一種具有實(shí)用前景的貯氫方法是利用金屬氫化物貯氫，氫以原子形態(tài)貯存于晶胞中，安全性高，可反復(fù)使用，易回收，綜合成本低。不足之處在于唯一規(guī)模化生產(chǎn)的LaNi₅型貯氫合金的理論貯氫量?jī)H有1.36wt.％，遠(yuǎn)不能滿足車載貯氫系統(tǒng)以及加氫站對(duì)儲(chǔ)能密度的要求。

金屬鎂基貯氫合金具備高的貯氫量，純鎂的貯氫量高達(dá)7.6wt.％，Mg₂NiH₄達(dá)3.6wt.％，Mg₂CoH₅達(dá)4.5wt.％，Mg₂FeH₆達(dá)5.4wt.％。另外，鎂基貯氫合金還具有高的儲(chǔ)熱密度，達(dá)2800kJ/kg，是熔融鹽儲(chǔ)熱量的10-20倍，是相變儲(chǔ)熱材料的4-7倍。結(jié)合我國(guó)龐大的光伏產(chǎn)業(yè)以及遍布全國(guó)的鋼廠，利用太陽(yáng)能發(fā)熱或者鋼廠廢熱使氫在鎂基貯氫合金中高密度的貯存是實(shí)現(xiàn)氫能應(yīng)用的關(guān)鍵。但上述貯氫合金吸放氫動(dòng)力學(xué)性能差，Mg₂Fe、Mg₂Co合金制備效率低，Mg₂Co合金的價(jià)格還較高，不具備實(shí)用化前景。因此，提高吸放氫動(dòng)力學(xué)性能，降低原材料成本以及研發(fā)易于規(guī)模化生產(chǎn)的制備技術(shù)是實(shí)現(xiàn)鎂基貯氫合金應(yīng)用的重點(diǎn)。金屬鎂與金屬鋁形成的化合物，具備較高的貯氫量，但傳統(tǒng)熔鑄法所制備的合金吸放氫動(dòng)力學(xué)性能差，同時(shí)韌性好，難破碎。本發(fā)明通過將鎂粒、鋁粉與納米石墨粉混合球磨制備的納米晶鎂鋁基貯氫合金具備快速充放氫能力，為氫燃料電池汽車氫源以及加氫站提供了具有實(shí)用價(jià)值的貯氫合金及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種納米晶鎂鋁基貯氫材料，使貯氫合金吸放氫動(dòng)力學(xué)性能大大改善，具備快速充放氫能力。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種納米晶鎂鋁基貯氫材料的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種納米晶鎂鋁基貯氫材料，其特征在于：

該納米晶鎂鋁基貯氫材料為由Mg-Al貯氫合金和石墨組成的粉末，其成分組成為：Mg_100-xAl_x+y(wt.％)C，其中：Mg_100-xAl_x為Mg-Al貯氫合金，x為原子比，10≤x≤30；C為納米石墨粉，y為以Mg-Al貯氫合金質(zhì)量為基數(shù)添加石墨的質(zhì)量百分比，1≤y≤8。

所述納米晶鎂鋁基貯氫材料的成分組成為：Mg₉₀Al₁₀+5wt.％C。

該鎂鋁基貯氫材料為納米晶結(jié)構(gòu)，材料顆粒形貌為片狀。