[发明专利]含镁钛钒镍准晶复相储氢合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种含镁钛钒镍准晶复相储氢合金及其制备方法。

背景技术

对于动力型金属氢化物-镍可充电碱性电池，即对于功率型镍-氢电池；电化学吸放氢循环稳定性良好和高倍率放电能力优异是对该功率型镍-氢电池负极活性物质的最根本要求。

过去，一些业内人士将主要精力集中在具有拉维斯（Laves）相结构的储氢合金去寻找这种电化学吸放氢循环稳定性良好和高倍率放电能力优异的合金材料。近年，一些业内同行将从具有（Laves）相结构中去寻找电化学吸放氢循环稳定性好和倍率放电能力优的这种合金转向从具有准晶结构的合金寻找，这主要是基于准晶合金具有特殊的构造。诸如：含有正二十面体相（I相）的准晶，其二十面体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特性。

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，揭示该发明获得准晶相条件为500 ~ 600 ℃下保持5 ~ 6 h，理论上说，破坏掉该准晶相的温度至少要比600 ℃更高，而实际电池使用温度更多在-20 ~ +40 ℃，催化加氢反应温度也很少超过300 ℃；该发明揭示出了该准晶合金用于电池或催化加氢反应的使用稳定性没有技术障碍，也提供了很好的化学贮氢和气体贮氢指标，然而，由于单一相准晶制备困难，并且只有Ni-Cu一种组合，在实际生产应用中突显其不足。

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贮氢合金及其急冷制法”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贮氢合金，其在气态贮氢250下，可逆吸放氢量接近2.3 mass%，为该体系合金向200 ~ 300 ℃催化加氢反应领域拓展奠定了基础，然而氢平衡压太低是TiZrNi准晶相储氢的主要问题，其在气态储氢所表现出来的巨大潜能并没有完全延伸到电化学储氢上，并且合金体系中含有贵金属钯，市场价格较高，只能限量应用于实际生产中。

将镁、锂、钾、钠和锌等超熵变元素引入到储氢合金中，有望提升储氢合金包括倍率放电能力在内的其它性能。尤其是近几年来，将锂、钾、钠、镁和锌作为超熵变元素，引入到非准晶类的普通储氢合金中，以合金合成到使用的全过程熵变为设计合金的切入点，正处于理论形成的萌芽阶段，代表性的发明展现在：2012年5月2号中国专利局公开的题目为“AB_4.7非化学计量比储氢合金的超熵变方法”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。不足是没有留意到普通储氢合金之外的准晶类储氢合金，以准晶类储氢合金自身特殊二十面体结构，其超熵化处理，可以获得比非准晶类的普通储氢合金性能改进更加显著的效果。

2010年12月15日中国专利局公开了题目为“储氢合金中加入镁、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、有效的加入到储氢合金中；然而其两项缺点明显的表现在：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。另一缺点表现在：其选用的电沉积基体的储氢合金，仍为非准晶类的普通储氢合金，准晶类储氢合金通过电沉积方法加入镁、锂等之后的效果仍无从知晓。

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合金中外，另一种有效的方法为在高能球磨罐中加入。高能球磨，其中的“高能”，指机械合金化所需要的能量，机械合金化（简称MA）法是比高能球磨法更加确切的概念。表1中列出将镁、锂、钾、钠等这些元素的单质或化合物加入到高能球磨罐中，通过MA法合成储氢材料，其在中国专利局所公开的代表性专利。

表1

表1 镁、锂、钾或钠单质或化合物加入高能球磨罐中合成储氢材料的相关专利，共同的优点在于便捷实用；缺点也共同显现在没有以准晶类储氢合金为基体，研究并获得将镁、锂、钾、钠等这些元素合成到准晶类储氢合金中并获得其新性能的提升数据。

综上：以钛钒镍准晶储氢合金为基，以机械合金化的方式添加纯镁，得到的含镁钛钒镍准晶复相储氢合金及其制造方法未见专利公开和文章报道。

发明内容