[发明专利]一种纳米TiF3催化的高容量贮氢合金及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于贮氢合金材料技术领域，特别是提供了一种纳米TiF₃催化高容量RE-Mg-Ni基贮氢合金粉末及其制备技术。

背景技术

金属氢化物由于高效安全的贮氢性能而被认为是燃料电池理想的氢燃料载体。但当前已经商业化的贮氢材料其贮氢容量均不能满足燃料电池的要求。

镁基合金由于贮氢密度高及资源极为丰富等特点，被公认为是最具潜力的贮氢材料。其中La₂Mg₁₇型合金的储氢容量约为6wt%。就其贮氢容量而言，完全满足燃料电池对容量的要求。

然而，晶态的La₂Mg₁₇合金在室温下几乎没放氢的能力，常规熔铸工艺制备的合金吸放氢动力学极差。

因此，如何降低合金氢化物的热稳定性及提高合金吸放氢动力学成为研究者面临的严峻挑战。

研究表明，元素替代及添加适量的催化剂可以明显降低镁基合金氢化物的热稳定性并大幅度提高合金的吸放氢动力学。此外，合金的吸放氢动力学对合金的结构敏感。特别是合金结构的纳米化可以大幅度降低合金的吸放氢温度并提高合金的贮氢动力学。高能球磨被认为是制备纳米晶-非晶镁基合金粉末的有效方法，使合金的贮氢动力学性能得到大幅度改善。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种纳米TiF₃催化的高容量贮氢合金及其制备方法，通过本发明，使合金的储氢性能得到大幅度改善。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种纳米TiF₃催化的高容量贮氢合金，所述合金为燃料电池用多组元La₂Mg₁₇型贮氢合金，含有多元稀土元素、添加镍、钴及微量纳米催化剂TiF₃，其化学式组成为： La_2-xRE_xMg_17-yNi_y+100(wt)%Co+z(wt)%TiF₃，式中x、y为原子比，0.2<x<0.5, 1<y<3；z为TiF₃占La_2-xRE_xMg_17-yNi_y合金的百分含量，3<z<10； RE为稀土元素钕，钇，钐中的至少一种。

优选的，本发明所述化学式组成的原子比为： x=0.4，y=2；催化剂含量z=4。

本发明同时公开了一种所述的纳米TiF₃催化的高容量贮氢合金的制备方法，所述制备方法是在惰性气体保护下采用感应加热熔炼，将熔融合金注入铜铸模，获得圆柱状铸锭；将铸锭装入石英管，感应加热融化后，通过石英管底部的狭缝喷嘴连续喷落在旋转的水冷铜辊的表面，获得快淬态合金；将破碎的合金粉与钴粉混合进行球磨，加入微量TiF₃催化剂继续球磨，获得具有纳米晶-非晶结构的合金粉末。

具体地，所述制备步骤包括：

1）、按化学式组成La_2-xRE_xMg_17-yNi_y进行配料，式中0.2<x≤0.5，1<y<3；RE为稀土元素钕，钇，钐中的至少一种；

2）、将称好的原料加热，其加热条件为：抽真空至1×10^-2~5×10^-4 Pa，通入0.01~0.1 MPa的惰性气体作为保护气体，加热温度1300~1500℃，获得熔融的液态母合金，将熔融的液态母合金浇注到水冷铜模中，获得铸态母合金铸锭；

3）、真空快淬处理：将上述步骤2）制备的铸锭置于底部具有狭缝的石英管内，感应加热到铸锭完全熔融，利用保护气体的压力将其喷出，落在线速度为30m/s旋转的水冷铜辊的表面上，获得快淬La_2-xRE_xMg_17-yNi_y合金薄片；