[發明專利]Mg?Al?Ni系儲氫顆粒及其催化改性制備方法

在審

• 申請號: 201710842943.2
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107760947A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 張鐵邦;陳浩;解立帥;宋霖
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C1/02;C22C1/06;B22F1/00;B22F9/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及鎂基儲氫材料領域，具體來說是一種具有高儲氫量和低吸氫溫度的Mg-Al-Ni系儲氫材料及其制備方法。

背景技術

由于化石能源的日益枯竭，溫室氣體的加速排放，人類不得不尋求新的能源來解決未來的生活需求。未來的能源系統應具備清潔，易獲得，可靠，高效等特點。研究可持續綠色能源及其使用技術來滿足日益增長的能源需求已經成為當今人們的研究重點。考慮到碳平衡及能源的零排放問題，氫作為自然界最為豐富的元素之一成為了人們的首選。來源廣，可循環，零排放是氫能作為未來能源的三大優勢。但截至目前，氫氣的存儲運輸成為了制約氫能發展的重要因素。現有的氫氣存儲運出方式分為氣態儲氫，液態儲氫以及金屬氫化物固態儲氫。出于成本，安全性及存儲效率的考慮，金屬氫化物固態儲氫成為了人們的研究熱點。鎂基儲氫材料其理論儲氫量可達7.6wt.％，吸/放氫平臺緩、可逆性好，足以滿足實際需求，是很有開發前景的金屬類儲氫材料。同時，其原材料來源廣，價格便宜，質量輕。但鎂基儲氫材料活化困難，動力學性能差，吸/放氫溫度高等缺點成為限制其實際應用的障礙。針對于此，人們采用合金化這種簡單有效的手段來改善鎂基儲氫材料吸放氫性能。其中，Mg-Al-Ni系儲氫合金其質量輕、成本低，儲氫量高而獲得人們的喜愛。現階段Mg-Al-Ni系儲氫合金的儲氫動力學差，氧化問題嚴重仍是亟待解決的問題。Mg-Al合金主要由初生α-Mg基體，β-Mg₁₇Al₁₂以及共晶組織組成。Mg₁₇Al₁₂具有良好的儲氫量，理論儲氫量可達4.4wt.％，但其動力學性能差，很難在短時間內達到理論儲氫量，且容易被氧化。

文獻一“M.Tanniru,D.K.Slattery,et al.A study of stability of MgH₂in Mg–8atwt.％Al alloy powder[J].International Journal of Hydrogen Energy,2010,35:3555–3564”利用電沉積發制備出鋁含量8wt.％的鎂鋁顆粒，其在280℃下，5h內吸氫量可達4.89wt.％，此外還觀察到吸氫后顆粒形成的核殼結構。

文獻二“J.C.Crivelloa,T.Nobukib,et al.Improvement of Mg–Al alloys for hydrogen storage applications[J].International Journal of Hydrogen Energy,2009,34:1937–1943”利用球磨法制備出Mg-30wt.％Al金屬顆粒，合金的吸氫量可達4.8wt.％，同時還分析了Mg-Al系儲氫合金吸氫過程的反應路徑。在眾多制備儲氫材料金屬顆粒的方法中，球磨法是一種低成本，并且對鎂基儲氫材料性能改善明顯的制備方法。

文獻三“A.Andreasen.Hydrogenation properties of Mg–Al alloys[J].International Journal of Hydrogen Energy,2008,33:7489–7497”結合甩帶法與球磨法制備出Mg₁₇Al₁₂，利用該方法制備出的合金吸氫量可達4wt.％，接近Mg₁₇Al₁₂的理論吸氫量。

文獻四“S.L.Leea,C.W.Hsub,et al.Effects of Ni addition on hydrogen storage properties of Mg17Al12 alloy[J].Materials Chemistry and Physics,2011,126:319–324”將鎳元素作為催化劑引入Mg-Al體系中，鎳元素的加入促進氫原子的解離，材料的儲氫量由1.72wt.％提升至2.75wt.％。

在公開號為102634714A的發明創造中，重慶大學提出了一種添加銅元素的鎂鋁系儲氫合金及制備方法，給方法利用高能球磨法制備出添加銅元素的鎂鋁系儲氫合金，該合金儲氫量在240min內儲氫量可達4.07wt.％，吸氫量和吸氫速率均得到明顯改善。

上述文獻及發明創造中，合金元素的添加導致了材料整體儲氫量的下降，遠遠不能滿足實際應用的需求。同時，材料的熱力學性能沒有得到明顯改善，合金的吸放溫度仍在300℃以上。

發明內容