[發明專利]一種用于制備氫氣的Al合金及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010631858.3
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111705241A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 張建斌;石玗;容煜;陸雨;焦凱
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C21/06;C22C21/16;C22C1/02;C01B3/08
• 代理公司: 西安合創非凡知識產權代理事務所(普通合伙) 61248
• 代理人: 惠銀銀

本發明公開了一種用于制備氫氣的Al合金及其制備方法和應用，涉及Al合金制氫技術領域，所述Al合金包括金屬Al、Mg、Ga和Sn；其中，Sn的含量為0.6?1.2 wt.%，Mg的含量為0.41?1.7 wt.%，Ga的含量為0.2?2 wt.%，余量為Al；另外，還可以在上述Al合金中加入0.2?1.0 wt.%的Cu來改善鋁合金的制氫性能。本發明的鋁合金不僅降低了制氫鋁合金的生產成本，而且提升了其制氫性能，使用本發明的鋁合金在30℃、50℃、70℃、90℃下的產氫量分別為927.4 mL/g、1040.0mL/g、1143.5 mL/g、1247.0 mL/g。

技術領域

本發明涉及Al合金制氫技術領域，具體涉及一種用于制備氫氣的Al合金及其制備方法和應用。

背景技術

燃料電池（FC）由純凈，清潔的氫氣驅動，而不是通過化石燃料的改造獲得，這樣就不會污染周圍環境。雖然現今在新能源電動車領域小規模使用FC，但由于FC除了本身一些工程技術上的難題外，還缺乏可靠高效的供氫系統，使其不能得到大規模推廣。在制氫方面，目前主要有化石燃料制氫、生物質氣化制氫、電解水制氫、光催化制氫以及非礦物質含能材料等。

傳統的制氫技術存在成本、運輸和儲存等問題。在實際應用中，化石資源制氫應用最為廣泛，然而化石資源為不可再生資源，且產物中氫氣純度也不高；電解水制氫需要源源不斷的電能，且能量轉換率低，安全性也不夠高；生物質制氫雖然較為清潔，也容易運輸，但存在能耗高的天然缺陷，工藝流程也較為復雜，難以對反應進行控制，有大量的副產物存在。以上制氫技術雖適應于大規模生產，卻無法滿足燃料電池對高純度、安全性氫源的需求。

隨著研究的不斷深入，科研人員發現金屬及其化合物在一定條件下可以產生大量高純度氫氣，且金屬不存在運輸安全（如爆炸、泄露、蒸發）等問題。目前金屬制氫主要是采用Al基合金制氫，因為Al是地殼中最豐富的金屬元素，在自然界中以礦石的形態存在，易制取以及價格優勢，沒有苛刻的保存條件；但由于Al表面存在致密的氧化膜，阻礙了Al與水的進一步反應，為了解決這一問題，一種方法是通過研磨、球磨等傳統機械手段破壞Al表面致密氧化膜，同時改變Al及鋁合金的比表面積，使其成粉，從而提高反應接觸面積；但是球磨成本高，鋁粉比表面積和表面能較高，導致其化學性質活潑，容易發生安全事故，因此Al粉的儲存（易氧化）和運輸限制了鋁粉在制氫中的應用；另一種方法是在鋁中加入Ga、Sn、In等金屬以形成低熔點活化鋁合金來降低反應的活化能；還有部分低熔點金屬破壞Al晶粒晶界來提高Al的制氫性能，但是Ga、Sn、In均屬于稀貴金屬，大大增加了制氫成本。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種用于制備氫氣的Al合金及其制備方法和應用，該方法通過在Al中添加少量的Ga、Sn、Mg、Cu等元素來提高Al合金的產氫量、產氫速率，并且添加量少，成本低。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案之一為：一種用于制備氫氣的Al合金，所述Al合金包括金屬Al、Mg、Ga和Sn；

其中，Sn的含量為0.6-1.2wt.%，Mg的含量為0.41-1.7wt.%，Ga的含量為0.2-2wt.%，余量為Al。

進一步地，所述Al合金包括金屬Al、Mg、Ga和Sn；

其中，Sn的含量為1.2wt.%，Mg的含量為1.7wt.%，Ga的含量為1.5wt.%，余量為Al。

本發明采用的技術方案之二為：一種用于制備氫氣的Al合金，所述Al合金由金屬Al、Mg、Ga、Sn和Cu組成；

其中，Sn的含量為0.6-1.2wt.%，Mg的含量為0.41-1.7wt.%，Ga的含量為0.2-2wt.%，Cu為0.2-1.0wt.%，余量為Al。

進一步地，所述Al合金由金屬Al、Mg、Ga、Sn和Cu組成；