[發明專利]一種鎂-釔-鋅儲氫鎂合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202010029969.7
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111101041A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 張健;姚遠;周小杰;何柳
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;C22F1/06;B22F9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鎂?釔?鋅儲氫鎂合金及其制備方法。該鎂合金由Mg、Y、Zn三種元素組成，其化學式可表示為MgY_2xZn_x,0.5≤x≤1，并且提供了該合金的制備方法及其在鑄態、均勻化態及等徑角擠壓態(ECAP)下的儲氫性能。制備工藝路線為：大爐熔煉、半連續鑄造、均勻化退火以及等通道轉角擠壓，從中得到三種不同狀態的樣品，并把塊體樣品粉碎成粉末進行儲氫性能測試。本發明所涉及的鎂合金具有良好的吸放氫動力學，三種不同狀態的樣品完全活化后，在360℃吸氫量可達到7wt%左右，在280℃可吸氫5wt%左右，在360℃、320℃和280℃也可不同程度的放氫。本發明所涉及的制備方法工藝簡單，并可大批量制備，所制得的鎂合金具有優異的儲氫性能，在作為氫燃料電池方面具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及金屬功能材料，尤其是一種鎂-釔-鋅儲氫鎂合金及其制備方法。

背景技術

隨著環境的污染以及化石燃料的消耗，能源問題成為人類面臨的一個重大挑戰。盡管目前有很多新能源被應用，例如核能、潮汐能、風能等，但是距離滿足人類的需求還遠遠不夠，亟需一種新能源來取代化石燃料。氫氣是一種理想的燃料，單位體積熱量大，并且燃燒后無污染。但是氫氣的儲存是一個限制氫燃料電池實際應用的障礙，其中固態儲氫比氣態和液態儲氫在安全性和儲氫容量上均占據優勢。在固態儲氫中，鎂基儲氫材料的儲氫容量大(7.6wt%)，并且鎂資源豐富，成本低。由于鎂基儲氫材料的吸放動力學緩慢和高熱力學穩定性，這兩個缺點阻礙了其發展和應用。大量研究者經過幾十年的努力，探索出了幾種改性鎂基儲氫材料的方法，例如，添加催化劑、非晶化、納米化、合金化等。但是由于這方法本身自帶的缺點與不足，也很難使鎂基儲氫材料運用到實際當中去。

含LSPO相鎂合金常常被用作為結構材料，迄今為止，很少有人研究其儲氫性能。目前，有一些學者研究了Mg-Y-TM(TM為Cu、Ni等)系鎂合金的儲氫性能，發現LPSO相氫化之后會發生分解，并且LPSO相中的Y和H結合生成YH_x(x=2/3),YH_x的尺寸在納米級左右并且均勻地分布在鎂基體中。由于YH_x具有釘扎作用，在多次循環過程中，YH_x尺寸幾乎不會長大，還可抑制Mg晶粒在循環過程中的生長。并且有研究學者通過計算表明，YH₂和Mg表面會為H₂的解離提供額外的能量，有利于H₂的吸收和解離，從而促進MgH₂的成核。在放氫過程，YH₂會從MgH₂中提供H原子，這就是“氫泵效應”，故對鎂合金吸放氫性能具有顯著的催化作用。

鎂通過合金化之后具有一定的抗氧化性，而且有研究者表明僅僅用銼刀把塊體樣品挫成粉末，不需要額外的處理，依然具有良好的儲氫性能，制備工藝簡單方便。用這種方法可進行大量生產，為氫燃料電池的實際應用提供良好的思路。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有良好儲氫性能的鎂-釔-鋅儲氫鎂合金及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

鎂-釔-鋅儲氫鎂合金的成分組成為MgY_2xZn_x，其中0.5≤x≤1。

三種不同狀態的鎂-釔-鋅儲氫鎂合金的制備方法，包括以下步驟：

(1) 備料：按照化學組成成分分別稱量純金屬和合金，將上述原材料潔凈處理后，進行烘烤除氣；