[发明专利]镁基储氢合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储氢技术领域，尤其涉及镁基储氢合金材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的逐渐枯竭和环境污染的日益严重，一种或几种能替代化石能源的清洁的新能源的开发，对全人类，特别是一些石油资源贫乏的国家，是一个紧迫的课题。对于我国来说，人均化石能源占有量很低，且分布不均匀，远不能满足我国经济的高速增长的需要。且我国由于生产力水平较低，能源利用很不充分，所造成的污染极为严重。在全球十大污染大城市中，我国占了半数以上。因此，在我国开发清洁的新能源系统更是具有重要的现实意义。

未来能源中的一级能源，是以太阳能、地热能、海洋能等为主的能源系统。因此，由一级能源获得的能量形式，主要是热能及其转换成的电能。为使这些能源得到有效利用，应有最佳形式的二级能源。科学已证明，氢气可以太阳能为制备能源，以地球上近于无限的水为原料来产生。氢能技术的发展，已在航天技术中得到了成功的应用，并显示出巨大的优越性。氢可以作为类似于汽油、柴油等燃料直接燃烧(如应用于火箭的液体燃料、燃氢汽车、燃氢飞机等)，氢气的燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，可显著提高燃料的能量密度；氢气的燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源；氢还可以储存在各种化学电源中(如燃料电池、镍氢电池等)，放电时释放出能量。据能源专家们预测，氢有望在石油时代的末期成为一种主要的二级能源。

氢能的应用在于氢气的存储。当氢作为一种能源材料、一种燃料时，必然具有分散性和间歇性使用的特点，因此必须解决储存和运输问题。储氢及输氢技术要求能量密度大(包含质量储氢密度和体积储氢密度)、能耗少、安全性高。实际应用中大致有六种储氢方法：(1)常压储氢；(2)高压容器储氢；(3)液氢储氢；(4)金属氢化物储氢；(5)吸附储氢；(6)配位储氢。从重量储氢密度来讲以液氢储氢为最高，但从体积储氢密度、储氢能耗、安全性等因素综合考虑，则金属氢化物储氢是目前最好的储氢方法(Xu Wei，Tao Zhanliang，Chen Jun，储氢研究进展，PROGRESS IN CHEMISTRY，Vol.18，No.2/3，Mar.2006)。虽然还有其他一些储氢方式，但都还处于研究阶段，且实施环境与条件非常苛刻。

储氢合金不仅广泛应用于储氢，还可用于由一次能源产生的热能、电能等，因此在碱性电池方面，有很好的发展和应用前景。已经投产的镍氢电池占据了电池领域的很大份额，产品广泛用于移动电源和动力电源。

储氢合金，主要有AB₅、AB₂、A₂B、AB₃等构型。目前已投入生产的AB₅型、Laves相AB₂型储氢合金的放电容量进一步提升空间很小，无法满足高能量密度电池的要求。因此，研究开发新型具有高能量密度的储氢材料就显得十分迫切和必要。

镁基储氢合金是储氢合金中的一个系列。具有储氢量大、放电容量高(Mg₂Ni放电容量是999mAh/g，分别是AB₅型合金的2.6倍和AB₂型合金的1.6倍。锂电的活性材料LiCoO₂的理论放电容量是170mAh/g)、资源丰富(在地壳中的丰度，Mg：2.30％，Li：20ppm)、质轻(密度为1.74g/cm³)、成本低廉等优点，被认为是极有发展前景的高容量储氢合金电极材料。

但是，镁基储氢合金存在着充放氢动力学性能较差，电化学循环稳定性较差的问题，极大地限制了镁基储氢合金走向应用的步伐。

一般认为镁基储氢合金充放氢动力学性能较差是由于镁的氢化物稳定性太高。电化学性能较差是在强碱性环境中，储氢元素镁十分容易被氧化和腐蚀，生成的氧化物和氢氧化物的结构不致密，导致材料的氧化和粉化，造成了电化学循环稳定性较差。各国学者在改善镁基储氢合金的动力学性能和电化学性能方面做出了长期不懈的努力。