[发明专利]一种镁基储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储氢合金材料及其制备工艺领域，特别涉及镁-稀土基储氢合金材料及其制备。 

背景技术

氢能的存储是氢能大规模商业化应用的一大关键科学问题，MgH₂由于具有较高的储氢容量、资源丰富、廉价、环境友好等而有着良好的应用前景，但MgH₂的高热力学稳定性和迟缓的吸放氢动力学性能使得其实际应用受到很大限制。近年来研究人员采用了多种办法来弥补这些不足，如机械合金化、掺杂催化剂、氢燃烧法、快速冷却等，镁基材料的吸氢性能有了大幅度的改善，但是其脱氢性能改善不大，脱氢温度在250-300℃以上，且脱氢动力学性能较缓慢。 

通过在镁基材料中添加稀土和过渡金属可以降低其放氢温度，传统的熔炼方法制备的合金晶粒粗大，且其中的过渡族金属容易团聚，因而导致合金的可逆储氢量低、放氢温度过高、吸放氢循环寿命较低。同时，通过引进氧化物如V₂O₅，Nb₂O₅，TiO₂和CeO₂等也可以显著提高镁基合金的吸放氢性能，这主要归因于氧化物对镁基材料的催化效应。传统的氧化物添加大多采用机械添加工艺，这些工艺需要的装置比较复杂，需要消耗大量的能量和时间，并且由于是机械添加，因此这些添加物在镁基合金中分布不是非常均匀，尺寸也比较大，这就制约了其对镁基材料的催化效应。 

发明内容

本发明的目的在于提供是为了一种镁基储氢材料及其制备方法，通过该方法制得的镁基储氢合金改善了传统镁基储氢合金脱氢温度过高，脱氢动力学过慢的缺点，在储氢领域具有良好的应用前景。 

本发明目的通过下述技术方案实现： 

一种镁基储氢材料的制备方法，包括以下步骤： 

（1）通过快速冷却法制备Mg-Ce-Ni系非晶合金； 

（2）将得到的非晶合金进行粉碎，得到非晶粉末； 

（3）对非晶合金活化而得到MgH₂-Mg₂NiH₄-CeH_2.73系纳米晶复合物； 

（4）将得到的上述复合物进行吸放氢循环，然后将复合物置于纯Ar气氛中进行钝化处理； 

（5）最后对钝化处理后的复合物进行氧化处理，得到MgH₂-Mg₂NiH₄-CeH_2.73-CeO₂系纳米晶复合物。 

步骤（1）制得的非晶合金为(x+2y)Mg-2zCe-yNi非晶合金，其中，x+3y+2z=100，20≤x≤80，5≤y≤20，2.5≤z≤10；步骤（3）制得的复合物为xMgH₂-yMg₂NiH₄-2zCeH_2.73纳米晶复合物；步骤（5）制得的复合物为xMgH₂-yMg₂NiH₄-zCeH_2.73-zCeO₂纳米晶复合物。 

步骤（1）中非晶合金的制备方法为，将铈和镍锭按照摩尔比1:1混合，采用电弧熔炼的方法在2000-3000℃进行熔炼得到稀土-镍中间合金；再将镁锭和稀土-镍中间合金进行感应熔炼，其中镁的摩尔百分比为60-90%，熔炼温度1000-1500℃；最后将熔炼所得的合金采用单辊旋淬的方法进行快速冷却。 

所采用的单辊旋淬的方法中铜辊轮的转速为30-40m/s，真空室里的真空度为5×10^-5Pa。 

步骤（2）粉碎采用球磨粉碎，球磨时间为1-2小时，球粉比40:1，转速为250rpm。 

步骤（3）活化条件为：在250℃和10MPa的氢气氛中吸氢3小时。 

步骤（4）钝化处理的Ar气氛的水、氧含量均不超过10ppm。 

步骤（4）中吸放氢循环所采用的工艺为300℃下，3MPa的氢压下吸氢0.5小时，然后0.002MPa真空下脱氢0.5小时，依次循环15次。 

步骤（5）复合物的氧化处理为将复合物放在密封容器里，然后将容器在空气中打开，使其充满空气，放置5-15小时。