[發明專利]一種納米晶非晶Mg?M?Y儲氫合金及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201710435414.0
• 申請日: 2017-06-11
• 公開（公告）號: CN107190193A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 李法兵
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C23/02;C22C23/00;C22C45/00;C22C1/04;B22F9/04
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技術領域

本發明涉及氫的高效儲存材料領域，具體為一種通過氫氣氣氛下的反應球磨工藝合成出納米晶非晶Mg-M-Y儲氫合金及其制備方法。

技術背景

清潔能源是人類社會實現可持續發展的基礎。近年來石油、煤炭等化石燃料因過分開采而日趨枯竭，引發了人類社會深刻的能源危機。氫能將是人類未來的能源，氫是地球上最豐富的物質，地球表面約有70%以上被水覆蓋，是氫取之不盡的源泉。氫能是最環保的能源，利用燃料電池技術將氫轉化為電能和水，無污染。另外，氫氣可以容易的大規模儲存，這是氫能和電、熱能最大的不同，利用這一特點，可以在電力過剩的時候，用氫的形式將電和熱儲存起來。正因為氫具備以上的特點，可以同時滿足資源、環境和可持續發展的要求，受到越來越廣泛的關注；世界各國紛紛制定了本國的氫能發展規劃，日本早在1974年就啟動“陽光”計劃，大力開展氫能技術的研究；美國在2002年推出了“美國氫能路線圖”計劃，歐洲也制定了類似的計劃。

實現氫氣高效、安全的儲存和運輸是氫能利用的關鍵。目前常用的儲存方法有壓縮氣體儲存法和液氫儲存法。用大容量氣罐和鋼瓶來儲存和輸送氣態氫，由于要使用高壓，有一定的危險性，而且儲氫量小，增加了成本；液態氫比氣態氫的密度高，但是氫氣的液化溫度為－239.7°C，液化要消耗大量的能量和需要昂貴的設備投資，還必須有極好的絕熱保護，例如大型運載火箭使用液氫作為燃料，液氧作為氧化劑，其存儲裝置占去整個火箭一半以上的空間；目前即使采用超級絕熱容器，每天因蒸發造成的損失約1%。

1964年美國布魯克-海文實驗室的J.J.Reilly和R.H.Wisqall發現了Mg₂Ni合金的儲氫特性。1969年Philips試驗室發現LaNi₅合金具有很好的儲氫性能。1974年J.J.Reilly和R.H.Wisqall又發現了TiFe儲氫合金。這些重大的發現揭開了金屬氫化物儲氫材料研究的序幕。用這種固態儲氫方法儲氫，因金屬和合金的不同，有的體積儲氫密度為標準狀態下氫的1000倍左右，與液體氫相同或超過液體氫;不用復雜容器就可儲存，還可以獲得高純氫，因此是一種經濟有效的儲氫方法。Mg基儲氫合金儲氫量大（純鎂理論儲氫容量可以達到7.6mass%），因此近年來受到廣泛的關注；但是鎂基儲氫合金存在吸放氫動力學性能差的缺點，極大地限制了鎂基儲氫合金的應用，且鎂基合金存在蒸氣壓大、易揮發、易氧化的特點，采用傳統高溫熔煉制備鎂基合金，易于造成鎂的大量揮發，能耗較大。

發明內容

本發明的目的在于研制一種高儲氫量同時可快速吸放氫的亞穩態納米晶非晶鎂基儲氫材料，解決目前鎂基儲氫材料吸放氫性能差的問題。

本發明的技術方案為：

通過采用氫氣氣氛下的反應球磨直接獲得納米晶非晶Mg-M-Y儲氫合金。

一種納米晶非晶Mg-M-Y儲氫合金的制備方法，納米晶非晶Mg-M-Y儲氫合金中的M單質為Al、Ni、Fe、Co、Mn、V、Cr、Cu或Ti中的任意一種；

將Mg、Y、M單質粉和磨球置入球磨罐內，球料重量比（1: 1）～（100: 1），Mg、Y和M單質粉末粒度1～100μm，Mg、Y、M的單質粉按照如下比例加入，即Mg為65～87%（重量），Y為2～15%（重量），M為4～23%（重量）；

抽真空后充入氫氣，在室溫下進行球磨，球磨轉速1000轉/分鐘以上，球磨氣氛氫氣壓力范圍0.1～10MPa，球磨間隔1～5小時檢查罐內壓力變化，并補充氫氣以維持罐氫壓，球磨1～100小時后直接制備得到納米晶非晶Mg-M-Y儲氫合金。

一種納米晶非晶Mg-M-Y儲氫合金，Mg含量在65～87%（重量），Y含量在2～15%（重量），M含量在4～23%（重量）；其中，M為鋁（Al）、鎳（Ni）、鐵（Fe）、鈷（Co）、錳(Mn)、釩（V）、鉻（Cr）、銅（Cu）或鈦（Ti）中的任意一種。

一種納米晶非晶Mg-M-Y儲氫合金的儲氫用途。

制備得到的納米晶非晶Mg-M-Y儲氫合金，合金粉體晶粒度﹤10nm，該納米晶非晶Mg-M-Y儲氫合金不需活化即可快速吸放氫，在200℃和10分鐘時間內吸放氫量可達5.3mass.%，保持高儲氫量的同時，吸放氫動力學性能大幅提升。

利用本技術方案制備出的亞穩態超細納米晶非晶結構的粉體具有高度活性，降低了氫化脫氫反應熱晗，縮短氫原子擴散路徑，保證了Mg-M-Y合金極高的氫擴散速率和氫化反應界面。

本發明的有益效果是：