[發(fā)明專(zhuān)利]一種Ce-Mg-Ni低壓貯氫合金材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010041661.4
• 申請(qǐng)日: 2020-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111074127B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉卓承;李一鳴;張國(guó)芳;瞿偉;胡鋒;趙鳴;張捷宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C28/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C28/00;C22C1/02;C22F1/16;C22F1/02;H01M4/90
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 高琦

本發(fā)明公開(kāi)了一種Ce?Mg?Ni低壓貯氫合金材料及其制備方法，該合金材料為Ce₂₃Mg₄Ni₇單相合金，具有長(zhǎng)程有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其相豐度大于90%，該合金通過(guò)感應(yīng)熔煉制備后經(jīng)熱處理制備而成，該方法步驟易于控制，周期短，低溫低壓下具有良好的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能，該合金可在常溫、0.05bar的條件下吸氫，將其制作成燃料電池負(fù)極材料后，具有吸氫溫度低、加氫壓力小和安全性能高等優(yōu)異性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料及其制備領(lǐng)域，涉及一種Ce-Mg-Ni低壓貯氫合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，全國(guó)大范圍地區(qū)均出現(xiàn)不同程度的霧霾天氣，華中華北大部分地區(qū)都早已升級(jí)為六級(jí)污染，南方各地區(qū)也難以幸免于難，污染范圍廣，程度深，情況十分嚴(yán)重。究其原因與化石能源的不合理利用息息相關(guān)。人們?cè)诓粩鄬ふ覂?chǔ)量豐富的新的“含能體能源”，氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，氫能具有清潔、高效等特點(diǎn)，是一種理想的新“含能體能源”，開(kāi)發(fā)氫能已受到各國(guó)學(xué)術(shù)界和政府的高度關(guān)注。

稀土-Mg基貯氫合金作為提供車(chē)載動(dòng)力的新型氫燃料電池被人們廣泛研究，在多年的嘗試與研究中發(fā)現(xiàn)，含有Mg的貯氫合金具有較為可觀的貯氫容量，同時(shí)伴隨有較差的動(dòng)力學(xué)性能，其中最為難以克服的就是氫的吸脫附溫度問(wèn)題，因?yàn)镸g無(wú)論是在吸氫過(guò)程或是放氫過(guò)程中都要在接近400℃下進(jìn)行。Ce作為一種輕型稀土與Mg形成固溶體極大地改善了這一弱點(diǎn)，使得吸放氫動(dòng)力學(xué)有一個(gè)量級(jí)的提高。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，Ce、Mg和Ni可形成長(zhǎng)周期的有序結(jié)構(gòu)大幅降低合金與氫之間的吸脫附溫度，這對(duì)于提高合金的貯氫性能至關(guān)重要。為制備長(zhǎng)程有序的Ce-Mg-Ni合金，文獻(xiàn)Journal of Power Sources 338 (2017) 91-102. 和文獻(xiàn)International Journal of Hydrogen Energy 37 (2012) 14329. 報(bào)道了通過(guò)機(jī)械球磨制備的非晶/納米晶復(fù)合材料，前者研究的材料吸放氫溫度為300℃，且在30bar條件下發(fā)生；而后者的研究吸放氫溫度能降低到150℃，相應(yīng)的壓強(qiáng)條件為25bar；同時(shí)顯示含有Ce、Mg和Ni元素的復(fù)合材料在常溫下基本不與H發(fā)生反應(yīng)，而且在機(jī)械合金化過(guò)程中難免有少量元素發(fā)生氧化，這對(duì)材料的儲(chǔ)氫容量與吸放氫溫度都會(huì)有影響。在已知的儲(chǔ)氫材料研究中，Ce、Mg和Ni分別與H可形成的氫化物為CeH_2.73 、MgH₂以及Mg₂NiH₄，該系列合金具有極好的儲(chǔ)氫潛力，再加上Ce與H的二元相圖顯示其形成氫化物的溫度較低，而Ni的加入有效提高H原子的釋放，故尋找一種低溫低壓的儲(chǔ)氫合金成為Ce-Mg-Ni的首選。

目前穩(wěn)定的Ce-Mg-Ni三元合金研究較多，作為貯氫材料使用的不明確，這里Ce與H接觸時(shí)反應(yīng)的熱力學(xué)條件極好，但高溫時(shí)動(dòng)力學(xué)性能較差，這可能是由于高溫下CeH_2.73化合物迅速在表面堆積不利于H的進(jìn)一步擴(kuò)散，可在低溫條件下，儲(chǔ)量較少的H會(huì)在Ce內(nèi)部遷移，形成低溫低壓下良好的H吸脫附線路。此外在稀土-Mg合金熔煉過(guò)程中存在一定的難度，主要是由于Ce，Mg的揮發(fā)，沒(méi)有適當(dāng)?shù)暮侠淼墓に嚕筒荒芎芎玫目刂坪辖鸪煞郑@種缺陷也將遺傳到后續(xù)合金的貯氫功能上，尤其是超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種Ce-Mg-Ni低壓貯氫合金材料及其制備方法，該合金材料為Ce₂₃Mg₄Ni₇單相合金，具有長(zhǎng)程有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其相豐度大于90%，通過(guò)感應(yīng)熔煉制備后經(jīng)熱處理制備而成，該方法步驟易于控制，周期短，低溫低壓下具有良好的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能，該合金可在常溫、0.05bar的條件下吸氫。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：