[發明專利]一種水解制氫用鋁-錫-鋅合金及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111159540.0
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN114150186A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 張凡;仝向玲;王玥
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C21/10;C22C13/00;C22C18/00;C22C18/04;C22C30/06;C22C30/04;C22C1/04;C01B3/08
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發明涉及合金材料技術領域，尤其是涉及一種水解制氫用鋁?錫?鋅合金及其制備方法與應用。本發明利用高壓扭轉技術將鋁、錫、鋅金屬粉末加工成鋁?錫?鋅合金，其制備方法為：以鋁、錫、鋅金屬單質粉末為原料，經機械混合后獲得鋁?錫?鋅混合金屬粉末；接著將鋁?錫?鋅混合金屬粉末置于高壓扭轉設備加工區域的模具中，設定工藝參數，完成后獲得塊體合金。然后將其安裝在氫氣反應裝置上可用于氫氣制備。本發明可以大量、低成本、無污染、高效率地制備析氫性能穩定的鋁?錫?鋅合金材料，且制備的鋁?錫?鋅合金材料可以利用樣品不同區域的析氫活性不同，調節制氫工藝參數，對水解制氫速率進行調控，本發明具有一定的工業化前景。

技術領域

本發明涉及合金材料技術領域，尤其是涉及一種水解制氫用鋁-錫-鋅合金及其制備方法與應用。

背景技術

氫能源被視為最適合替代化石燃料的綠色可再生資源，也是21世紀各國社會 和經濟發展過程中最具潛力的戰略資源之一。氫能源技術的開發與利用已經受到了 各國的關注，其中包括金屬水解制氫技術。該技術是利用金屬與酸、堿或水之間的 化學反應會釋放氫氣這一特征來達到制備氫氣的目的，制備的氫氣純度較高，簡單 且清潔，可以直接用作燃料電池的燃料。

鋁合金材料是金屬水解制氫領域中常用材料，其儲量豐富、能量密度高，其 水解反應為放熱反應、能自發進行，而副產物Al(OH)₃可以用于凈水、造紙或經回 收循環利用還原得到單質鋁。但在實際中，由于鋁對氧有很強的親和力，與空氣接 觸后會在鋁表面形成非常致密的氧化層，阻礙鋁水反應的進行。目前常用球磨、軋 制、劇烈塑性變形、合金化處理、酸堿處理和表面改性等機械或化學方式去除氧化 層。

目前已公開的水解制氫工藝通常有兩種，一種是選擇添加了Ga、In等元素的 塊體鋁合金材料，一種是利用球磨機械活化的粉體材料。但傳統塊體材料生產流程 復雜、析氫性能較差、氫氣轉化率較低，且由于昂貴元素的添加導致其成本較高， 而粉體材料則需要較長時間的球磨活化才能獲得產量較高的水解制氫材料。同時， 現有文獻公開的材料大多致力于開發瞬時高速率的水解析氫材料，較少考慮作為氫 源所需要的穩定析氫要求。

發明內容

基于上述氫能源與鋁合金制備現狀和技術不足，本發明的目的是提供一種水 解制氫用鋁-錫-鋅合金及其制備方法與應用，解決了現有制氫材料制備效率低、析 氫速度不穩定的問題。

本發明利用高壓扭轉技術(HPT)將鋁、錫、鋅金屬粉末加工成鋁-錫-鋅合金， 通過細化金屬晶粒尺寸，引入大量剪切應變，形成均勻分布的納米結構(微觀織構)， 提升合金材料析氫性能，以獲得水解制氫效率較高的鋁-錫-鋅合金。該鋁-錫-鋅合 金材料的制備方法為：以適當比例的鋁、錫、鋅金屬單質粉末為原料，經機械混合 后獲得鋁-錫-鋅混合金屬粉末。接著將鋁-錫-鋅混合金屬粉末置于高壓扭轉設備加 工區域的模具中，設定適當工藝參數，完成后獲得的塊體合金在后期的水解制氫生 產試驗中顯示出優異的析氫性能。