[发明专利]铝氢化钠和稀土-镍基合金复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝氢化钠和稀土—镍基合金复合储氢材料及其制备方法，属于储氢材料领域。

背景技术

能源是人类社会活动的源泉，氢能的广泛应用被认为是当今能源革命的突破口，致力于发展以氢作为能源载体的清洁可再生能源技术已成为全球的共识，其中与燃料电池氢源系统相关的新型高容量储氢材料的研究与应用受到世界各国的充分重视。迄今，储氢技术中的液氢、轻质高压容器以及金属氢化物系统均已在燃氢汽车或电动汽车上成功运行。上述三种储氢系统中金属氢化物的安全性最好、体积储氢密度最高，但传统金属氢化物的单位重量储氢密度均较低，如钛系AB₂型储氢合金(TiMn₂)的储氢容量低于2.0wt.％；稀土—镍系AB₅型储氢合金(LaNi₅)虽然具有良好的低温吸放氢动力学性能，但其储氢容量仅为1.4wt.％；而Mg基储氢合金虽然储氢容量高(MgH₂的储氢量为7.6wt.％)，但其过高的吸放氢温度和缓慢的吸放氢动力学性能限制其实际应用《L.Schlapbach，A.Züttel，Nature，414(2001)353-358.》。

近期研究发现，掺入少量过渡金属化合物催化剂(如Ti(OBuⁿ)₄)到NaAlH₄配位铝氢化物中，可使其在～150℃时进行可逆吸放氢，其理论储氢容量达到5.6wt.％(重量百分数，下同)，是稀土系储氢合金(LaNi₅)储氢量的4倍《B.Bogdanovic，M.Schwickardi，J.Alloys Compd.，253-254(1997)1-9.》。这一突破性研究为配位氢化物开创了化学储氢新方向。进一步研究表明，Ti-NaAlH₄体系的实际可逆储氢容量仅为3.0～4.0wt.％，明显低于其理论储氢容量。其原因主要是Ti-NaAlH₄体系中所采用的高价态有机/无机化合物催化剂(如Ti(OBuⁿ)₄、TiCl₃、TiF₃等)本身不具备储氢能力且分子量较大，加上在反应过程中催化剂与NaH反应生成不易挥发的惰性副产物，消耗了部分储氢材料，使得NaAlH₄体系的实际储氢容量有所降低。另一方面，目前所用的传统Ti(OBuⁿ)₄、TiCl₃、TiF₃等有机/无机化合物催化剂的制备过程复杂、技术要求严格、价格昂贵，无法适应工业生产的规模化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝氢化钠和稀土—镍基合金复合储氢材料及其制备方法，在无需掺入催化剂的条件下保持铝氢化钠较高储氢容量的同时，明显改善其低温吸放氢性能。

本发明的铝氢化钠和稀土—镍基合金复合储氢材料，由铝氢化钠和稀土—镍基合金组成，稀土—镍基合金的质量百分比含量为5％～35％，余量为铝氢化钠，其中稀土—镍基合金的化学通式为RENi₅，式中RE为La、Ce、Pr、Nd、Y、Ml(富镧混合稀土)或Mm(富铈混合稀土)。

本发明的铝氢化钠/稀土—镍基合金复合储氢材料的制备方法，其步骤如下：

1)按照稀土—镍基合金的组成通式RENi₅，称取各种纯度在99％以上相应的组分，混合后熔炼成铸态合金，然后在纯氩气或纯氢气气氛下球磨5～30h，球磨气氛压力为0.5～2.5MPa，得到预球磨处理的稀土—镍基合金粉末；

2)按权利要求1所述的质量百分比含量称取铝氢化钠与预球磨处理的稀土—镍基合金粉末，均匀混合后在纯氢气气氛下进行反应球磨，球磨时间为1～20h，球磨气氛压力为0.5～3.0MPa。

上述的铝氢化钠可以是吸氢态的NaAlH₄粉末，也可以是放氢态的NaH与Al按摩尔比1:1混合的粉末。

所说的氩气和氢气的纯度≥99.99％。

本发明采用反应球磨方法制备的铝氢化钠/稀土—镍基合金复合储氢材料，由X射线衍射分析表明，经预球磨处理的稀土—镍基合金粉末晶粒尺寸达到微米或纳米级别，在反应球磨和吸放氢过程中各合金相均具有良好的相结构稳定性。本发明材料无需活化过程，可直接进行储氢性能测量。在100～120℃下测试其可逆储氢容量可达3.7wt.％以上，放氢1小时可达到最大放氢量的80％以上。该复合储氢材料具有良好的低温可逆储氢性能。