[发明专利]一种Co9S8/石墨烯复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储氢材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的减少和环境污染的加剧，世界各国不断加大新能源的开发力度，以期找到一种高效清洁无污染的能源。氢在自然界中的储量极为丰富，具有最高的能质比，清洁无污染，有望成为未来能源中一种主要的清洁能源，因此氢能作为一个全新的清洁能源系统成为研究的重点。但氢能不易储存，难以大范围的使用，科学家们经过长期的研究发现有些固体氢化物可以储存氢气，于是储氢技术的研究重点转向了固体储氢材料。在众多储氢材料中，Co基储氢体系与AB₅型稀土系、AB₂型Ti/Zr系、AB型Ti-Fe系和A₂B型Mg系等储氢体系相比具有优良的电化学储氢性能和较高的储氢容量受到了众多科研人员的广泛关注，一系列Co–X(X＝B、BN、CNT、P、S、Si、Si₃N₄)储氢复合材料也相继被研发成功。经过深入研究表明上述储氢材料添加的非金属元素(B,C,P,Si,S等)对于Co基储氢材料的储氢性能的提高起到了至关重要的作用，但在高密度放电电流下的放电性能和循环稳定性方面表现还存在很多不足，如Co₉S₈储氢材料最大储氢容量低于1.8wt％，在高密度放电电流下的性能低于60％，20个循环后容量保持率降到70％以下，所以迫切需要开发高性能的储氢材料来提高性能。

发明内容

本发明是为了解决现有的钴系储氢材料储氢性能不高、高密度放电电流下的性能较低和循环稳定性较差的技术问题，而提供一种Co₉S₈/石墨烯复合储氢材料及其制备方法。

本发明的Co₉S₈/石墨烯复合储氢材料是层状结构，Co₉S₈附着在石墨烯片层表面，其中石墨烯与Co₉S₈的摩尔比为1：(5～7)。

上述的Co₉S₈/石墨烯复合储氢材料的制备方法，按以下步骤进行：

一、将钴粉与硫粉按照摩尔比为1：(0.9～1.1)进行混合，得到混合粉末Ⅰ；

二、按ZrO₂磨球与混合粉末Ⅰ的质量比为(10～15)：1的比例，将ZrO₂磨球与混合粉末Ⅰ装入具有ZrO₂内衬的球磨罐中，充入高纯氩气，最后将球磨罐固定于球磨机里，在球磨机转速为600～800rpm的条件下球磨8～12h，待球磨结束，球磨罐冷却至室温后，得到Co₉S₈粉末；

三、按石墨烯与Co₉S₈粉末的摩尔比为1：(5～7)进行混合，得到混合粉末Ⅱ；

四、按ZrO₂磨球与混合粉末Ⅱ的质量比为(15～20)：1，将ZrO₂磨球与混合粉末Ⅱ放入具有ZrO₂内衬的球磨罐中，充入高纯氩气，最后将球磨罐固定于球磨机里，在球磨机转速为600～800rpm的条件下球磨8～12h，待球磨结束，球磨罐冷却至室温，得到Co₉S₈/石墨烯复合储氢材料。

本发明采用高能球磨法，较高的转速使得材料能够进行充分接触、作用和反应，在高转速条件下，首先制备出Co₉S₈电极材料，再继续利用高能球磨掺入石墨烯改性Co₉S₈，高速的磨球使内部能量急剧升高，而使Co₉S₈熔化附着在石墨烯表面，得到Co₉S₈/石墨烯复合储氢材料。该复合储氢材料可以制备储氢合金电极，应用于镍氢电池等能源系统中，最大储氢容量可达3.73wt％，与单纯Co₉S₈相比，提高幅度达1倍以上，电化学储氢性能优异。本试验制备的Co₉S₈/石墨烯复合储氢材料制备成电池，在循环20次后，Co₉S₈/石墨烯复合储氢材料的储氢能力仍保持在88％以上。同时在1000mA/g的放电电流密度条件下，其放电能力仍保持在80％以上。可用于储氢领域。