[发明专利]一种可低温脱氢的镁基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料领域，特别涉及一种可低温脱氢的镁基复合材料，还涉及该可低温脱氢的镁基复合材料的制备方法。

背景技术

地球上化石能源日渐枯竭，生态环境持续恶化，寻找可再生的清洁能源已成为全人类的共识。而氢作为高效洁净的能源载体，是极具潜质的能源替代方案之一。

氢气的制取、存储、和在燃料电池方面的应用构成了氢能循环利用的三个重要环节。而作为中间环节的氢的存储目前面临着诸多问题(动力学性能、热稳定性、吸放氢可逆性、容量及循环稳定性、经济性、安全性等等)，成为制约氢燃料电池汽车以及其他方面应用的主要瓶颈之一。鉴于此，各发达国家都在持续专注于与储氢相关的新材料、新技术的研究开发。

MgH₂因储氢容量高，Mg的地球资源丰富而受到广泛的关注。然而MgH₂及其复合体系的热稳定性较高(MgH₂在真空状况下，接近400℃才开始脱氢)，吸放氢动力学性能较差，阻碍了这一体系的实际应用。多年来，人们一直致力于降低MgH₂及其复合体系的热稳定性，提高其脱氢动力学性能。其中，Mg-Ti-H复合储氢材料体系的动力学性能较为显著，脱氢温度也有显著下降，可在150-200℃下脱氢，并可以在室温至100℃的温度条件下可逆吸氢。Mg-Ti-H体系的这一性能展现出较好的吸放氢动力学特性，可以作为一种高效的储氢材料使用，引起了人们的广泛关注。尽管如此，Mg-Ti-H材料的热力学稳定性仍然比较高，放氢温度仍然高于燃料电池(FC)的工作温度(～80℃)，且动力学性能依旧还有很大的提升空间，距离其实际应用还比较远。

以往的研究表明，MgH₂是一种高容量(7.6wt.％)的储氢材料，但却具有高热稳定性(72kJ/mol H₂)、高脱氢温度温度(～400℃)、较迟缓的脱氢动力学性能等特点。为此，在其基础上，通常通过添加Nb₂O₅，TiH₂等添加剂，使得其脱氢的动力学性能得以显著提高，脱氢温度也下降到了200℃附近。然而这些添加剂只是对MgH₂的表观活化能进行了削弱，但是对材料本征的热力学性质却没有任何改变。因为材料的反应路径没有任何改变，故此脱氢的焓变也就不发生任何变化，热稳定性也没有实质性地降低。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高容量、适宜的热稳定性、高脱氢活性的MgH₂-TiH₂-Pd复合储氢材料及其制备方法。

技术方案：本发明提供的一种可低温脱氢的镁基复合材料，该复合材料为Pd掺杂的xMgH₂-TiH₂复合物；其中，x为1～8，掺杂物Pd的摩尔分数为0.1～1％。

本发明还提供了上述可低温脱氢的镁基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在惰性气体保护下，将MgH₂、TiH₂与Pd混匀、球磨，即得。

优选的球磨时间为1-20h，球料比为(80-100):1，球磨机公转速度为300-500rpm。

有益效果：本发明提供的可低温脱氢的镁基复合材料制备方法简单、成本较低，通过添加Pd，改进体系的脱氢反应途径，热稳定性适合、容量高、脱氢活性高，该材料具有适于FC工作的放氢工作温度、高放氢速率等特性。

本发明通过在MgH₂-TiH₂复合体系当中引入Pd，与TiH₂一起改善复合材料的动力学性能，同时使得反应的路径改变，适度地降低了材料体系的热力学稳定性，起到了一举两得的作用。这是本发明的重要思想，基于此思想所获得的材料体系脱氢起始温度降到了150℃作用，比MgH₂-TiH₂低50℃，该材料的低温脱氢性能有了大幅提高。

附图说明

图1是MgH₂-TiH₂-Pd材料混磨5小时后的X射线衍射谱图；

图2是MgH₂-TiH₂-Pd混磨5小时后的测试样品的随温放氢曲线；

图3是MgH₂-TiH₂-Pd材料混磨后的X射线衍射谱图；