[发明专利]一种储氢合金材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及一种储氢合金材料，具体为一种La-Mg-Ni系储氢合金粉末的制备方法。

背景技术

目前，氢能是最清洁的二次能源，是21世纪重要新能源之一，被认为是取代化石能源的理想选择，它的廉价制取，储存与运输已是当今的重要研究课题。储氢材料的发现、发展及应用促进了氢能的开发和利用，金属氢化物作为一种优良的储氢材料，能可逆的大量吸收和放出氢气，在氢的储存和运输过程中是一种重要的载体，具有广泛的应用前景。储氢合金是一种能在晶体的空隙中大量储存氢原子的合金材料，这种合金能够在适宜的温度和压力条件下直接与氢气反应生成金属氢化物，在加热或者降压时，氢化物分解，放出氢气。其中，金属氢化物-镍(MH-Ni)电池的应用是储氢材料研究中最有经济价值的突破，MH-Ni二次可充放电池是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一(它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质)，它具有特殊的电池结构，可深度大电流密度放电；充电迅速；能量密度高；循环寿命长；无记忆效应；价格低廉。镍氢电池的应用促进了电网储能和电动汽车领域的快速发展，引起了广泛的关注和研究。

另外，La-Mg-Ni系合金具有比传统AB₅型合金更高的储氢容量，储氢合金一般都是A、B两种元素组成的金属间化合物，其中A元素是容易形成稳定的氢化物，原子半径比较大的发热型金属，该种金属主要存在于IA～VB族，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、RE(稀土元素)等。B元素是对氢亲和力小、原子半径较小的难形成氢化物的吸热型金属，这些元素主要为VIB～VIIIB族的过渡金属(Pd除外)，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等。其合金电极具有更良好的电化学性能，是目前新型高容量稀土系储氢合金的重要研究发展方向。制备方法不同也会使La-Mg-Ni系储氢合金的性能产生很大的差异。目前，制备La-Mg-Ni系储氢合金的方法，有电弧炉熔炼法、感应炉熔炼法、机械合金化法、燃烧合成法、固相烧结法。采用这些方法制备储氢合金都需以金属单质为原料，生产成本高，并且制备的合金缺陷多，成分不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种储氢合金材料的制备方法，所制备的合金成分均匀，性能好，并且生产成本较低。

本发明提供的一种储氢合金材料的制备方法，其特征在于，所述储氢合金的结构表达为AB_x，x＝3.0～3.5，其中，A侧元素化学组分为La_1-yMg_y，其中，y的值为0.25～0.33，B侧元素化学组分为Ni_pCo_z(MnAl₃)_w，其中，p的值为2.5～3.3，z的值为0～0.5，w的值为0～0.1；该方法包括下述步骤：

(1)按照设定的储氢合金成分将稀土金属元素的盐溶液与其它金属盐溶液混合配制成原料溶液，再将沉淀剂快速滴入原料溶液中进行共沉淀反应，反应完成后水洗沉淀，过滤干燥，得到共沉淀产物；

原料溶液中，稀土金属元素的盐溶液的配制是将稀土氧化物灼烧去除水分和吸附物，并完全溶于硝酸溶液中，硝酸溶液中硝酸与蒸馏水的体积比为1∶1～1∶2，其它金属盐溶液的制备是将工业级的其它金属盐，完全溶于蒸馏水中，配制成其它金属盐溶液，

(2)将共沉淀产物加热得到储氢合金氧化物前躯体；

(3)氧化物前躯体与氢化钙充分混合，在还原气氛中进行还原扩散反应；

(4)用蒸馏水洗涤还原产物，再浸泡2～3次，用蒸馏水洗至中性，无水乙醇淋洗，室温自然干燥，得到储氢合金粉末。

作为上述技术方案的改进，在所述步骤(1)的过程中，原料溶液中金属离子总含量为35～40g/L；沉淀剂为草酸-乙醇溶液，草酸-乙醇溶液中草酸的浓度为0.5～0.8mol/L，沉淀剂的量为与金属离子络合所需草酸根离子化学计量的1.5～2倍。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述步骤(3)的过程中，氢化钙的量为还原氧化物前躯体所需理论用量的1.5～2倍；还原扩散反应是在真空/气氛管式电炉中，通入高纯氢气还原气氛中进行的，快速升温，冷却过程中，温度降至200～300℃关闭氢气在密闭条件下缓慢冷却至室温，生成的储氢合金能够形成稳定的氢化物。