[發(fā)明專利]一種基于高熵效應(yīng)的鎂基貯氫材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911087658.X
• 申請(qǐng)日: 2019-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN110656272B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高金良;李軍;張羊換;張薇;董睿;馮旭東;雍輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 微山鋼研稀土材料有限公司;山東鋼研中鋁稀土科技有限公司
• 主分類號(hào): C22C23/06
• 分類號(hào): C22C23/06;C22C23/00;B22F1/00;B22F9/04
• 代理公司: 濟(jì)南方宇專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37251
• 代理人: 俞波

本發(fā)明公開了一種基于高熵效應(yīng)的鎂基貯氫材料及其制備方法，包括A_a?Mg_90?a+b wt.%B貯氫合金；其式中0≤a≤20且0≤b≤20，所述貯氫合金優(yōu)選為a=b=10，且A分別為鑭系稀土元素并包含Y元素（鑭、鈰、鐠、釹、釤等）同時(shí)存在至少五種，如A=La_c1Ce_c2Pr_c3Nd_c4Sm_c5,且0＜c≤50；B分別為從Sc（原子序數(shù)21）到Cd（原子序數(shù)48）的過渡金屬元素并包含Al元素，同時(shí)存在至少五種，如B=Hf_d1Zr_d2V_d3Nb_d4Ti_d5,且0＜d≤50；示例合金為優(yōu)選合金，且c=d=20。本合金氫化后所生成具有不穩(wěn)定立方結(jié)構(gòu)的AH_2+x和B相，且在吸氫過程中，AH_2+x和B中的立方結(jié)構(gòu)會(huì)隨氫含量的增加扭曲成四方結(jié)構(gòu)，從中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力變化消減了鎂基氫化物的熱穩(wěn)定性，減弱Mg?H之間的鍵能，有效的改善鎂基貯氫材料的貯氫性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及稀土鎂貯氫合金材料及其制備工藝領(lǐng)域，特別涉及一種基于高熵效應(yīng)的鎂基貯氫材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)水平的提高和人類社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的石油和煤炭等能源日漸枯竭，并對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，人類的生存環(huán)境和健康狀況面臨著巨大的威脅。尤其是近兩年，霧霾天氣頻發(fā)，環(huán)境問題再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。面對(duì)能源和環(huán)境危機(jī)，人類正經(jīng)歷著前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。所以，對(duì)清潔能源的開發(fā)和利用迫在眉睫，而氫能作為一種清潔、高效、安全、儲(chǔ)量豐富、可持續(xù)的理想能源載體及二次能源，被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗侨祟惖膽?zhàn)略能源發(fā)展方向。但是，由于氫氣易燃、易爆且易擴(kuò)散，在常溫常壓條件下，其體積能量密度只有汽油的三千分之一，這一系列特性使得貯氫技術(shù)成為制約氫能發(fā)展的瓶頸。因此，發(fā)展高能量密度、高效率和安全的氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)氫能規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。金屬氫化物作為貯氫材料的一種，在二次能源領(lǐng)域內(nèi)具有不可替代的作用，特別是在燃料電池研究中，具有舉足輕重的地位。在金屬氫化物貯氫材料中，鎂氫化物由于貯氫量大，價(jià)格低廉，毒性低，安全性高等優(yōu)勢(shì)從而被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的金屬貯氫材料，也是近年來貯氫材料研究的熱點(diǎn)。然而，鎂基貯氫材料的缺點(diǎn)同樣顯著，由于Mg-H鍵很穩(wěn)定，鎂基氫化物不僅放氫動(dòng)力學(xué)很差且放氫溫度較高，并且在吸放放氫循環(huán)過程中容易發(fā)生晶粒長(zhǎng)大、顆粒團(tuán)聚等問題，最終會(huì)導(dǎo)致性能衰減，循環(huán)穩(wěn)定性較差。這些問題的存在使 Mg 基貯氫材料的應(yīng)用仍難以實(shí)現(xiàn)。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，高熵合金在其吸放氫過程中，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的晶格畸變，從立方結(jié)構(gòu)到四方結(jié)構(gòu)的扭曲，反之亦然。在這個(gè)過程中，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而作用于Mg-H鍵，使其結(jié)合能降低。另外，其獨(dú)有的擴(kuò)散效應(yīng)和高熵效應(yīng)也能改善合金的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)特性，眾所周知，熵是表示混亂程度的物理量，所以通過高熵合金引入的熵，必然會(huì)影響合金的總熵，從而表現(xiàn)為更加混亂于失穩(wěn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述背景技術(shù)中闡述的現(xiàn)有問題，本發(fā)明提供一種基于高熵效應(yīng)的鎂基貯氫材料及其制備方法，通過該方法制作得A-Mg-B型高熵型鎂基貯氫合金，改善了傳統(tǒng)鎂基貯氫合金脫氫溫度高，脫氫動(dòng)力學(xué)差等特點(diǎn)，且在燃料電池，加氫站等氫能領(lǐng)域具有良好的前景。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：