[發(fā)明專利]制氫用的Al-Ga-In-Sn-Bi合金及其在燃料電池中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810552176.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN110551921B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高錢;安琦;魏存弟;黃天平;劉丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C21/00
• 分類號(hào): C22C21/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標(biāo)代理有限公司 11012
• 代理人: 尹吉偉

本發(fā)明公開了一種制氫用的Al?Ga?In?Sn?Bi合金，向可水解制氫的Al?Ga?In?Sn合金中引入金屬鉍以得到Al?Ga?In?Sn?Bi合金，其中，所述銦、錫和鉍的含量為6wt％～10wt％；并且銦、錫和鉍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照In₃Sn的摩爾量為m，InSn₄的摩爾量為n，InBi的摩爾量為k，所需的銦、錫和鉍的原子比進(jìn)行添加，即：銦、錫與鉍的原子比為(3m+n+k)：(m+4n)：k，其中m和n大于等于0但不同時(shí)為0，k大于0；本發(fā)明還公開了上述合金在燃料電池中的應(yīng)用。本發(fā)明利用Bi的摻雜降低了貴金屬Ga、In的用量以降低成本；另外，本發(fā)明中Bi的引入可以形成Ga、In、Sn、Bi元素共存的間歇相粒子，其能夠在保證合金產(chǎn)氫效率的前提下有效地控制其與水反應(yīng)速率，使得反應(yīng)更為平穩(wěn)溫和、更持久，以滿足在線氫燃料電池的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁合金制氫領(lǐng)域，具體涉及一種可快速與水反應(yīng)釋放氫氣的Al-Ga-In-Sn-Bi合金及其制備方法，以及其在燃料電池的中應(yīng)用。

背景技術(shù)

化石能源與人們的日常生活息息相關(guān)，在人類社會(huì)的發(fā)展中起到了不可替代的作用。無論是在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拿簹?，還是工業(yè)生產(chǎn)中用的電能熱能大都由化石能源提供。然而此類傳統(tǒng)能源屬于一次性非再生能源，其不可持續(xù)性以及人類連續(xù)的龐大消耗，導(dǎo)致其產(chǎn)量逐漸萎縮。此外，化石燃料的大量消耗造成了大量溫室氣體的排放，引起全球溫度升高，海平面上升，加劇了溫室效應(yīng)。因此，由化石燃料燃燒而產(chǎn)生的溫室氣體而導(dǎo)致的溫室效應(yīng)已嚴(yán)重威脅了人類的生存，人們急需要找到清潔無污染的新能源代替化石燃料，作為未來能源應(yīng)用的主要支柱。

當(dāng)前，新能源的研究與應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾各方面：太陽能、風(fēng)能、潮汐能、核能以及氫能等。其中氫氣是一種可再生，并且具有高的燃燒熱值的能源，其熱量大約是汽油等化石燃料的三倍，并且氫氣與氧氣反應(yīng)生成水，無任何污染，被譽(yù)為干凈能源。同時(shí)，氫的來源十分廣泛，可通過多種途徑制取，轉(zhuǎn)化成其他各種形式的能量，這就在很大程度上促進(jìn)了它的發(fā)展和應(yīng)用。當(dāng)今，高端尖的宇宙探索，軍事領(lǐng)域額的武器應(yīng)用越來越多的見到了氫能利用的身影，這些對(duì)技術(shù)整體性能有著嚴(yán)格要求的領(lǐng)域再次證明了氫能的巨大優(yōu)勢。但是，氫氣的運(yùn)輸和貯存目前還存在一些問題，氫氣屬于易爆氣體，在空氣中極不穩(wěn)定，易發(fā)生爆炸。因此，氫氣的運(yùn)輸是目前限制氫氣發(fā)展的重要因素。

現(xiàn)在，常見的氫氣的制備途徑有實(shí)驗(yàn)室制氫法、工業(yè)制氫法、其他含氫物質(zhì)制氫以及一些制氫的新方法。其中，實(shí)驗(yàn)室制氫方法主要包括：金屬與酸反應(yīng)、金屬與堿反應(yīng)、金屬與水反應(yīng)以及實(shí)驗(yàn)室用電解水制氫等。工業(yè)制氫的方法主要包括：一次能源轉(zhuǎn)換制氫、電解水制氫以及其它含氫物質(zhì)制氫等。

儲(chǔ)氫方法大體上劃分為五個(gè)大類，它們是液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓儲(chǔ)氫、有機(jī)化合物儲(chǔ)氫、金屬化合物儲(chǔ)氫和吸附儲(chǔ)氫。其中最常見的是金屬化合物儲(chǔ)氫。現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)上產(chǎn)中涉及最多的合金儲(chǔ)氫材料基本可概括為鎂系儲(chǔ)氫材料、稀土系儲(chǔ)氫材料、鈦系儲(chǔ)氫材料和釩系儲(chǔ)氫材料。

上述的制氫方法及儲(chǔ)氫材料，各有缺陷。因此，人們?cè)诓粩嗟靥骄恳环N制氫的新方法。而金屬鋁以其優(yōu)異的性能脫穎而出。鋁是地球上含量最多的元素之一，其儲(chǔ)量豐富，具有很高的能量密度，廣泛受到了科學(xué)家的關(guān)注。理論上，金屬鋁可以與鋁反應(yīng)直接制得高純度氫氣，但是由于其表面具有氧化膜所以嚴(yán)重限制了反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。目前的主要任務(wù)是研究如何破壞氧化膜，使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。現(xiàn)行的辦法主要有以下幾種：使鋁直接與酸堿進(jìn)行反應(yīng)；使鋁與其它物質(zhì)進(jìn)行球磨；通過表面改性的方法等，從而除去表面的氧化膜，制得氫氣。但是上述方法存在對(duì)反應(yīng)容器要求高、能耗大等缺點(diǎn)。所以鋁水解制氫的新方法還在不斷探索中。