[发明专利]添加金属氧化物的镁基复合储氢材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合储氢材料，特别涉及一种添加金属氧化物的镁基复合储氢材料纳米粉体。

背景技术

氢能是人类的终极能源，取之不尽，用之不竭，但传统的高压气态储氢、液态储氢方式危险、耗能、储氢量低。所以，氢的安全有效存储已是氢能利用的关键环节。近年来固态形式的金属基材料储氢受到了广泛的研究，目前已开发了钛系、稀土系、锆系、钒系固溶体、镁系储氢合金。但钛系、稀土系、锆系、钒系储氢合金均存在着储氢容量低的缺点，难以达到实际应用的需求。镁基储氢材料具有密度小，仅为1.74g/cm³；储氢容量高，氢化镁的理论储氢容量为7.6wt％；资源丰富，价格低廉，无环境污染安全性高，没有爆炸危险，放氢纯度高等优点，被认为是最具应用前景的金属储氢材料。镁基储氢材料的储氢原理是利用其与氢气间存在的可逆反应，达到氢气的储存和释放。当在一定的温度下并满足相应氢压时，镁基储氢材料便能与氢气反应生成金属氢化物并放出热量；反过来，生成的金属氢化物在适当的温度及压力下且有热量输入时就放出氢气。

但镁基储氢材料离实际应用还存在着一段距离，主要原因在于MgH₂吸放氢热力学、动力学性能均较差，主要表现在：MgH₂的生成焓高达-74.5kJ/mol，且需要Mg与H₂在300～400℃、2.4～40MPa下才能生成，而生成的MgH₂非常稳定，它的分解需要更高的温度才能获得可观的反应速度。

近些年来，为改善镁基储氢材料的储氢性能，国内外的研究者做了大量的工作。Liang等采用金属单质元素(Ti，V，Mn，Fe，Ni)作为催化剂，通过机械球磨的方法来改善MgH₂吸放氢性能，发现大大降低了MgH₂的放氢活化能。Oelerich等通过在球磨MgH₂时分别添加Sc₂O₃、TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃、Mn₂O₃、Fe₃O₄、CuO、Al₂O₃和SiO₂，发现具有可变化合价的过渡金属氧化物具有较好的催化作用。然而，在以上的这些报道中，产物吸氢速率缓慢，且制备镁基纳米粉的方法也较复杂，产物活性高不易保存，产量较少。这些都对镁基储氢合金的实际应用不利。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种添加金属氧化物的高容量的镁基储氢材料及其制备方法，本发明所制备的储氢合金能广泛应用于氢的规模化运输、燃料电池的氢源和氢的提纯等领域，具有产率高，产物易存放，吸氢量大等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种添加金属氧化物的镁基储氢纳米粉由镁金属和金属氧化物组成，即Mg-M_xO_y组合物，所述金属氧化物质量百分含量为0.1％-20％，其余为镁金属，所述金属氧化物(M_xO_y)为三氧化二钇(Y₂O₃)、二氧化铈(CeO₂)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)中的一种或多种；所述镁基储氢纳米粉通过将镁金属和金属氧化物的混合物经高温熔化并蒸发后，再经钝化而制得。

本发明所述镁基储氢纳米粉可通过本领域常规方法制备，也可通过以下方法制备：

一种制备所述镁基储氢纳米粉的方法，包括以下步骤：将所述镁金属粉末和所述金属氧化物粉末按储氢材料组成混合均匀后(优选粉末颗粒直径为75-100微米)，在液压式压片机中冷压成圆柱状块体，块体规格为Ф2cm×h2cm，优选压力范围15-25MPa，然后用所述块体为阳极，钨棒为阴极，在直流电弧等离子体设备中起弧使所述块体熔化并蒸发，起弧前将所述设备抽真空至5×10^-2Pa，充入氩气至设定压力0.7-0.8atm，通冷却水，冷却水温度控制在室温，水压2-3MPa；起弧完成后进行原位钝化，钝化后，收集内壁粉末，制得所述镁基储氢纳米粉。