[发明专利]一种Mg－In－Ag三元储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到储氢技术领域，具体涉及到一种新型的镁基储氢材料体系及其制备新方法。

背景技术

金属镁作为一种储氢材料具有密度小、贮氢容量高（7.6 wt.％）和资源丰富、价格低廉等优点。因此镁基储氢合金是最有发展前景的一种储氢材料。就目前而言，Mg与Mg基合金更广泛的储氢应用应解决以下问题：（1）该类合金吸放氢活化困难（一般需3~8次的吸放氢循环活化）；（2）吸放氢速度较慢，即吸放氢动力学性能差；（3）吸放氢热力学性能差，通常需要在350 ℃左右才能有效吸放氢。

合金化是改善Mg基储氢合金上述问题的一种简单有效的手段，而材料的体系设计、相结构调控直接关系到其储氢性能的优劣。目前，已发展的Mg基二元储氢合金主要有Mg－Ni、Mg－Cu、Mg－Al和Mg－In等体系。其中Ni、Cu、Al等与Mg形成的化合物对Mg合金的吸放氢具有催化作用，并且在MgH₂的放氢过程中起到失稳介质的作用；而In与Mg形成Mg(In)固溶体不但可以改善吸放氢动力学，而且能有效改善吸放氢热力学性能[H. C. Zhong, H. Wang, J. W. Liu, D. L. Sun and M. Zhu, Scr. Mater., 65 (2011) , 285]。基于Ni、Cu、Al与In在Mg的合金化中的不同作用，最近人们开发了Mg－Ni－In三元储氢合金，该合金的储氢性能较二元合金有明显的改善[F. P. Luo, H. Wang, L. Z. Ouyang, M. Q. Zeng, J. W. Liu and M. Zhu, Int. J. Hydrogen Energy, 38 (2013), 10912; J. Cermak and L. Kral, J. Alloys Compd., 546 (2013), 129]。由于In的熔点低（156 ℃）、密度大（7.31 g/cm²），不能采用简单高效的熔炼方法来制备含In的Mg基储氢合金。因此，人们目前只能采用高能球磨+烧结两步法制备Mg－In、Mg－Ni－In等储氢材料。该方法球磨时间过长（170 h左右）[F. P. Luo, H. Wang, L. Z. Ouyang, M. Q. Zeng, J. W. Liu and M. Zhu, Int. J. Hydrogen Energy, 38 (2013), 10912]，具有耗时耗能及长时球磨带入罐壁杂质等缺点；后续烧结进一步增加制备时间和能源的消耗，并且在烧结过程中储氢材料易于氧化以致烧结工艺难控制，造成制备成本大幅增加。因此，制备上的难题是含In三元Mg基储氢合金开发和应用的主要瓶颈。

发明内容

为了改善含In的Mg基储氢合金制备方法的不足以及提高储氢性能, 本发明提供一种适合于熔炼制备的新型Mg－In－Ag三元储氢材料体系，结合机械力化学球磨成功制备了高活性的Mg基储氢材料粉末。该方法制备工艺简单且制备材料的储氢性能得到大幅提高。

本发明提供了一种Mg－In－Ag三元储氢材料，该材料组分按原子百分数配比为：(Mg + In)为80~85%，其中In在(Mg + In)中的占比为3~6%，其余为Ag。

本发明同时提供了一种上述Mg－In－Ag三元储氢材料的制备方法，该方法具体步骤如下：

（1）熔炼合金：按权利要求1所述的组分配比称取Mg块、In块和Ag片原料，原料的纯度均不低于99.0 wt%，其中对Mg元素添加8~10 wt%的烧损；然后采用感应熔炼炉熔炼Mg－Ag二元低熔点合金，再将按配比称取的In块与熔炼的Mg－Ag二元合金一起熔炼得到Mg－In－Ag三元合金；

（2）氢气氛下机械力化学制备储氢材料：将步骤（1）熔炼得到的三元合金除去氧化皮后于手套箱中研磨成合金粉末，然后将其置于充入2atm氢气的球磨罐中机械力化学制备得到高活性的粉末储氢材料，即本发明目标产物：Mg－In－Ag三元储氢材料。

本发明的科学原理：