[發(fā)明專利]一種高容量輕質(zhì)石墨烯催化稀土鎂鋁基貯氫材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711435962.X
• 申請(qǐng)日: 2017-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108220728B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-23
• 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): C22C23/06
• 分類號(hào): C22C23/06;C22C23/00;C22C30/00;C22C1/02;B22F9/08;H01M4/38
• 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)明涉及一種高容量輕質(zhì)石墨烯催化稀土鎂鋁基貯氫材料及制備方法。該貯氫材料包括稀土鎂鋁基貯氫合金和石墨烯催化劑GR，其中，稀土鎂鋁基貯氫合金具有以下化學(xué)式組成：Re_aMg_100?a?b?cAl_bNi_c，其中Re為稀土元素鑭、鈰、鐠、釹中的一種，a、b、c為對(duì)應(yīng)元素的原子百分比，5≤a≤20，5≤b≤40，0≤c≤10，10≤b+c≤40；石墨烯催化劑GR按質(zhì)量百分比含量計(jì)占最終貯氫材料的比例為：1％≤GR≤10％。本發(fā)明采用自然界中儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉的Mg、Al為主要組成元素，同時(shí)在合金A側(cè)添加不同種類和含量的稀土元素，在B側(cè)添加不同含量Ni元素，并添加石墨烯進(jìn)行球磨。通過(guò)該方法制備得到的貯氫材料具有吸放氫速率快、儲(chǔ)氫容量高、平臺(tái)滯后小以及放氫溫度低的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于貯氫材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高容量輕質(zhì)石墨烯催化稀土鎂鋁基貯氫材料及制備方法。

背景技術(shù)

目前，我國(guó)能源和環(huán)境系統(tǒng)面臨巨大的挑戰(zhàn)，汽車作為石油消耗和二氧化碳排放的大戶，需要從根本上進(jìn)行變革。中國(guó)環(huán)保部及美國(guó)能源基金會(huì)數(shù)據(jù)顯示：我國(guó)已連續(xù)8年成為世界機(jī)動(dòng)車產(chǎn)銷第一大國(guó)，中國(guó)機(jī)動(dòng)車每年需消耗全國(guó)石油總產(chǎn)量85％。機(jī)動(dòng)車尾氣污染已成為我國(guó)空氣污染的重要來(lái)源。因此，發(fā)展清潔能源驅(qū)動(dòng)的新型交通運(yùn)輸工具，是我國(guó)減少石油消耗和緩解環(huán)境污染的必要舉措。目前，新能源汽車的主要類型有純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和氫燃料電池汽車。其中，純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)占有率較高。但其搭載的鋰離子或鉛酸蓄電池，仍會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。并且，現(xiàn)有的車載蓄電池儲(chǔ)能密度還比較低，難以滿足市場(chǎng)要求。而氫燃料電池汽車排放產(chǎn)物只有水，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的零污染物排放。氫燃料電池發(fā)電效率高達(dá)60％，意味著其具有更好的經(jīng)濟(jì)性和續(xù)航里程。因此，氫燃料電池汽車是未來(lái)人類社會(huì)交通運(yùn)輸工具的終極方案。

相比于純電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的迅猛發(fā)展，氫燃料電池汽車還不具備商業(yè)化應(yīng)用條件。這主要是由于缺乏安全、高效的貯氫方法。目前，車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)主要有高壓氣態(tài)貯氫、低溫液態(tài)貯氫和固態(tài)貯氫三種。其中，高壓氣態(tài)貯氫、低溫液態(tài)貯氫技術(shù)在安全、成本等方面無(wú)法滿足用戶要求。另外一種具有實(shí)用前景的固態(tài)貯氫方式是利用金屬氫化物貯氫。這種方法的原理是，在一定溫度和氫壓下，貯氫合金會(huì)大量吸氫，氫以原子形態(tài)儲(chǔ)存在合金晶胞中，并形成穩(wěn)定的氫化物。當(dāng)溫度升高，貯存在晶胞內(nèi)的氫經(jīng)過(guò)擴(kuò)散、相變和化合等過(guò)程又被重新釋放。這種方法的反應(yīng)過(guò)程可控，使其產(chǎn)品可反復(fù)使用，安全性高。但目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化應(yīng)用的貯氫合金，如LaNi₅型貯氫合金，其理論貯氫量?jī)H有1.36wt.％，無(wú)法滿足車載貯氫系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能密度的要求。因此，開(kāi)發(fā)一種高容量、輕質(zhì)、安全、低成本的貯氫合金是目前研究的熱點(diǎn)。

目前，高容量貯氫合金研究最多的是鎂系貯氫合金，純鎂的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度高達(dá)7.6wt.％，且密度較小，成本低廉。但其吸放氫條件較苛刻，熱力學(xué)穩(wěn)定性高，氫化物不易分解，不易實(shí)現(xiàn)快速充放氫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的，是提供一種高容量輕質(zhì)石墨烯催化稀土鎂鋁基貯氫材料，通過(guò)合金成分的改進(jìn)，使貯氫材料具備快速充放氫能力，降低吸放氫溫度，吸放氫性能得到大幅度改善，且增加的合金元素Al儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉。

本發(fā)明的另一目的是提供上述高容量輕質(zhì)石墨烯催化稀土鎂鋁基貯氫材料的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種高容量輕質(zhì)石墨烯催化稀土鎂鋁基貯氫材料，該貯氫材料包括稀土鎂鋁基貯氫合金和石墨烯催化劑GR，其中：稀土鎂鋁基貯氫合金具有以下化學(xué)式組成：Re_aMg_100-a-b-cAl_bNi_c，其中Re為稀土元素鑭、鈰、鐠、釹中的一種，a、b、c為對(duì)應(yīng)元素的原子百分比，5≤a≤20，5≤b≤40，0≤c≤10，10≤b+c≤40；石墨烯催化劑GR按質(zhì)量百分比含量計(jì)占最終貯氫材料的比例為：1％≤GR≤10％。