[发明专利]一种镁基储氢合金复合材料及其制备方法

说明书

 

技术领域  本发明涉及储氢合金材料及制备方法。

背景技术  在众多金属储氢材料中，镁基储氢合金是极具实用价值的储氢材料之一。因为金属镁作为一种储氢材料具有储氢容量高(7.6 wt.%)、吸放氢平台好、资源丰富和价格低廉等优点。但是镁的吸放氢条件比较苛刻，Mg与H₂的反应需在300 ~ 400 ℃和2.4 ~ 40 MPa下才能生成MgH₂，0.1 MPa时的解离温度为287 ℃，而且反应速度较慢，使其在实际应用中受到限制。为了改善镁的储氢性能，人们制备了不同类型的镁基储氢合金，其中最为典型的是Mg₂Ni合金和稀土镁基合金。Mg₂Ni在200 ℃和1.4 MPa下即能与氢反应，其最大吸氢量为3.6 wt%；稀土镁基合金的典型成分有LaMg₁₂、La₂Mg₁₇和Ce₅Mg₄₁等金属间化合物，这种镁基合金的吸氢性能介于纯镁与Mg₂Ni之间，在325 ℃和3.0 MPa下储氢量为4.0 wt.%~6.0 wt.%。但是，这些合金存在的主要问题是放氢困难，一般需要在300 ℃以上高温，且速度较慢。

中国200610118471.8号发明专利公开了一种添加Li基氢化物的镁基储氢合金，其中Li基氢化物的质量百分数为0.5 ~ 30%。该镁–Li基氢化物合金体系中镁占得比重较大，侧重的是合金活性高，在300℃下具有优良的吸放氢动力学性能，同时在200 ℃下80 min可达到最大吸氢量，是一种适用于中高温度的高容镁基储氢合金。

中国200810116154.1号发明专利公开了一种镁钒复合储氢合金及其制造方法，其化学式为Mg_x(V_1-RM_R)_1-x，式中V为金属钒；M为过渡族元素Ni、Zr、Mn、Ti的等重量混合物；R为重量百分数，5%≤R≤10%；Mg为金属镁粉；X为体积百分数，75%≤X≤85%。该发明侧重于改善Mg的吸氢性能，并且在300 ℃下能够实现可逆吸放氢，同时在室温条件下具有优良的吸氢性能。

上述专利中述及的镁基合金在一定程度上改善了合金的吸氢性能，但其在中低温下的放氢性能依然是限制合金实际应用的重要因素。

发明内容  本发明的目的在于提供一种吸/放氢速率快、储氢容量高和放氢性能有显著提升的镁基储氢合金复合材料及其制备方法。本发明主要是将镁基储氢合金和稀土镁基储氢合金进行氢化球磨处理，制备得到一种新的镁基储氢复合材料。

本发明的储氢合金复合材料，其化学成分为Mg₂Ni_1-xM_x +z wt% ReMg₂Ni_1-yN_y，其中M = Cu、Al、Co中的一种或几种；N=Cu、Al、Co 中的一种或几种; Re = La、Ce、 Pr、Nd中的一种或几种；x=0~0.5；y= 0~0.5；z = 5 ~ 40 wt.%。

上述镁基储氢合金复合材料的制备方法：

(1) 将熔炼制备的Mg₂Ni_1-xM_x合金及ReMg₂Ni_1-yN_y合金在大气环境下破碎至100目以下，置于可承受6Mpa气压的氢化装置中；

(2) 将氢化装置抽真空至10^-3 Pa以下，保持15 min以上；

(3) 将氢化装置温度升至300 ~ 350 ℃，保持15 min后通入3 ~ 5 MPa的氢气，氢化反应时间为0.5 ~ 3 h；

(4) 重复(2)和 (3)步骤2-3次，关闭加热装置，使氢化装置及内部合金冷却至室温；