[发明专利]一种改善Mg2Ni基储氢合金储氢性能的复合添加剂

说明书

技术领域本发明属于功能材料领域，特别涉及一种储氢合金的添加剂及其制备方法。

背景技术在众多储氢合金材料中，镁基储氢合金是极具实用价值的储氢材料之一。因为金属镁作为一种储氢材料具有储氢容量高（7.6wt.%）、吸放氢平台好、资源丰富和价格低廉等优点。但是镁作为储氢材料，其吸放氢条件比较苛刻，Mg与H₂的反应需在300～400℃及4～10MPa氢气氛下才能缓慢生成MgH₂。其氢化物在0.1MPa氢气氛下的解离温度为287℃，而且反应速率缓慢，使其在实际应用中受到限制。为了改善镁的储氢性能，人们将过渡金属元素与镁制备成合金，其中最为典型的是Mg₂Ni合金。Mg₂Ni在200℃及1.4MPa氢气气氛下即能与氢发生反应，其最大吸氢量为3.6wt.%；这是由于Mg与Ni形成稳定的晶胞，改变了Mg的吸放氢机制。但是，Mg₂Ni合金存在的主要问题是放氢困难，一般需要在300℃以上的高温，且吸放氢速率较为缓慢。

中国201110149026.7号发明专利公开了一种新型镁镍基储氢材料及其制备方法，这种材料成分为2MgNi-xB（x=1%-15%）。将镁元素与镍按原子比2:1配比，再按上述质量百分比添加不同含量的硼元素，以机械球磨方式合成储氢合金。所述材料相比Mg₂Ni有较高储氢量及较快的吸氢速率。而对于Mg₂Ni合金放氢性能的改善，研究[Delogu F,Mulas G,Int J Hydrogen Energy3026,34(2009)]通过感应熔炼法将稀土元素La加入Mg₂Ni合金中，形成了LaMg₂Ni三元单相合金，该合金在较低温度下的吸氢动力学性能优良，并且其放氢性能与Mg₂Ni合金相比也有明显改善。上述专利所述及的改善Mg₂Ni合金储氢性能的方法均在一定程度上提高了合金的吸氢性能，但是并不能明显改善合金的放氢性能。而形成三元单相合金虽然降低了合金的放氢温度，但是受稀土元素原子量较大的影响，LaMg₂Ni三元单相合金的最大储氢容量也明显降低（约1.98wt.%），大大降低了Mg₂Ni基合金的实际应用价值。

发明内容本发明的目的在于提供一种工艺设备简单，能源消耗少，制备成本低，能明显改善储氢性能的Mg₂Ni基储氢合金复合添加剂及其制备方法。本发明主要是将稀土氢化物及过渡金属氢化物通过球磨处理，制备得到一种新的储氢合金复合添加剂。

本发明的技术方案如下：

本发明的Mg₂Ni基储氢合金复合添加剂是由如下重量百分比wt.%的成分组成：稀土氢化物10～90，过渡金属氢化物90～10。所述稀土氢化物为粒度在50～500微米间的稀土元素La、Ce、Pr和Nd氢化物中的一种或几种，所添加稀土元素为几种时，各元素质量比例为1:1；过渡金属氢化物为粒度在50～500微米间的Ti、Zr和Nb元素氢化物中的一种或几种，所添加过渡金属氢化物为几种时，各氢化物质量比例为1:1。

上述Mg₂Ni基储氢合金复合添加剂的制备方法：

在99.99%高纯氩气氛保护下，将稀土氢化物粉末和过渡金属化合物粉末加入球磨罐中，将球磨罐置于球磨机中进行球磨处理，磨球材质为不锈钢，球料比为10～20:1，球磨转速为800～1200rpm，球磨时间为2～4h。

上述Mg₂Ni基储氢合金复合添加剂的使用方法：

将上述制备好的复合添加剂与充分氢化的Mg₂Ni合金按质量比1:9的比例均匀混合后置于球磨罐中，在氩气气氛保护下进行球磨处理，磨球材质为不锈钢，球料比为10～20:1，球磨机转速为800～1200rpm，球磨时间为2～4h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的复合添加剂综合了过渡金属元素及稀土金属元素对镁基储氢合金的催化特性，能明显降低储氢材料的初始脱氢温度和提高材料吸放氢速率。

2、制备工艺和设备简单，能源消耗少，制备成本低，易于产业化和推广。

附图说明

图1为本发明实施例1获得的Mg₂Ni+10wt.%LaH₃-TiH₂储氢复合材料的TPD曲线。