[发明专利]一种含铝钠钛钒镍准晶复相储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种含铝钠钛钒镍准晶复相储氢材料及其制备方法。

背景技术

储氢材料的储氢体积密度大、安全性高、运输方便、操作容易，是期待作为清洁能源的材料，且作为能量的新的储藏及转换材料而备受瞩目。

含有正二十面体型的准晶相（I相），其结构中存在着大量的四面体空隙，氢原子更倾向于进入四面体配位场中，因此I相准晶理论上具备大容量储氢性能，此外，Ti基准晶所包含的化学元素与氢有很好的亲和力，提供了有利的氢-金属化学环境，而且稳定性优异，至今以Ti、Zr及Ni为构成元素的TiZrNi系合金被广泛使用，但氢平衡压过低的特点一直制约着TiZrNi合金的储氢性能，其在电化学储氢性能上的表现不尽人意，TiVNi系合金与TiZrNi系合金相比，动态效果（活性）更高，氢放出能力更优异，在这种至少以Ti、V及Ni为构成元素的Ti系准晶材料中，优选使用Ti_1.4V_0.6Ni组成的合金（Wen Hu et al., Electrochemical hydrogen storage in (Ti_1-xV_x)₂Ni (x=0.05-0.3) alloys comprising icosahedral quasicrystalline phase [J], ElectrochimicaActa, 2009, Vol. 54, P2770-2773）。

2005年12月21日中国专利局公开的题目为“一种具有贮氢功能的正二十面体钛基准晶材料及其制备方法”的CN1709564 A专利，该发明提供了具有贮氢功能的单一正二十面体准晶材料，该合金准晶形成能力强，热力学稳定，具有优良的吸氢性能和优异的电化学放电容量，可应用于气态储氢材料和电池负极材料，但单一正二十面体准晶相制备困难，在100 ~ 200 h的长时间机械合金化过程中，产生的准晶相很容易部分转变成固溶体相，其贮氢稳定性不高，给实际应用中带来障碍。

2010年9月1号中国专利局公开的题目为“含有非晶的二十面体准晶储氢材料及其急冷制法”CN101816915 A专利，该发明的优点是：制备得到了含有非晶的二十面体准晶储氢材料，满足了储氢材料在化学贮氢、气态贮氢对储氢材料品种多样化的需求，其在气态贮氢250下，可逆吸放氢量接近2.3 mass%，然而TiZrNi准晶相在气态储氢所表现出来的潜能并没有完全延伸到电化学储氢上，并且合金体系中的金属钯，较高的成本使其在实际生产应用中可能受限。

向储氢材料中添加镁、锂、钾、钠和锌等超熵变元素，是提升储氢材料放电容量、倍率放电能力在内的电化学性能的有效途径，代表性发明为：2012年5月2号中国专利局公开的题目为“AB_4.7非化学计量比储氢材料的超熵变方法”的CN102437317 A专利。该发明优点是将已有技术中添加的镁、锂、钾、钠和锌等元素系统化并初步理论化到“超熵变”的高度，但没有扩展到准晶类储氢材料。

2010年12月15日中国专利局公开了题目为“储氢材料中加入镁、锂、钠和钾的熔盐电合成方法”的CN101914699 A发明专利。该发明的优点在于将镁、锂、钠和钾四种超熵变元素，通过同一熔盐电解槽以电渗和电解互动方式安全、有效的加入到储氢材料中；然而其缺点在与：此种加入方法对于技术熟练度要求以及熔盐电合成必备的设备要求都相对较高，在工艺简单和设备投入小等实用性方面略显不足，其选用的电沉积基体也为非准晶类的普通储氢材料。

镁、锂、钾、钠等这些元素其单质通常化学活性都很强，除熔盐电合成方法加入到储氢材料中外，另一种有效的方法是机械合金化。表1中列出将镁、锂、钾、钠等这些超熵变元素的单质或化合物加入到高能球磨罐中，通过机械合金化法合成储氢材料，其在中国专利局所公开的代表性专利见表1。

表1

表1中所列出将镁、锂、钾、钠等这些元素的单质或化合物加入到高能球磨罐中利用机械合金化法合成储氢材料的发明，共同优点在于操作简单、实用性强。

综上：以铝氢化钠为铝、钠加入的载体，并与含有二十面体准晶相的钛钒基合金进行机械合金化，获得具有超熵变性能的储氢材料及其制造方法未见专利公开和文章报道。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种含铝钠钛钒镍准晶复相储氢材料及其制备方法。该含铝钠钛钒镍准晶复相储氢材料有效的提高了电池的循环寿命和放电容量。