[发明专利]一种Mg‑Ti储氢合金粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Mg-Ti储氢合金粉及其制备方法，属于新能源材料制备开发技术领域。

背景技术

同化石能源相比，氢能有来源广、清洁、发热值高、燃烧性能好等优点。因此，自20世纪70年代以来，氢能转换以及氢经济成为世界各国研究者的关注热点。在氢能源的开发应用中，氢的制备、储存和利用是三个主要的研究方向。目前看来氢气的存储运输环节是推广氢能源的关键。

解决氢气的储存问题，实际上是找到一种可靠的、高效的存储氢气材料。大多数的金属和氢气发生反应后，会生成相应的金属氢化物。人们主要通过吸放氢的可逆反应过程，来实现了氢气的有效存储。目前，人们以开发出以下几种合金体系：稀土系储氢合金、锆系储氢合金、钒系储氢合金、钛系储氢合金、镁系储氢合金等等。钛系储氢合金有储氢容量高、循环寿命长等优点，但缺点在于初期活化困难、高倍率放电性能较差以及合金的原材料(如Zr，Mn，Cr等)价格偏高。相比之下，镁系储氢材料的单位储氢能力高、高倍率放电性能优异、价格相对低廉。但Mg在碱液中易受氧化腐蚀，可能导致合金电极容量的迅速衰减，循环寿命与实用化的要求尚有很大提高空间，需要进一步提高循环稳定性。同时，Mg的力学性能较差，硬度不高，在实际应用过程中受到限制。

为了改善镁基材料的储氢性能，人们做了大量的研究工作，其出发点主要基于以下三方面：(1)合金化。镁与其他元素合金化后，可以提高镁元素的热力学稳定性，延长其使用寿命；(2)纳米化。实验和理论模拟研究均表明，减小材料块体颗粒的尺寸直至纳米级别，实现材料尺度和结构的纳米化，能明显提高氢化速率，同时提高储氢量。(3)催化剂。在储氢合金中添加少量催化剂，可以显著改善其吸放氢条件。

在镁基储氢材料的合金制备方面，目前最常用的是在真空或者惰性气体环境中采用感应熔炼。这种方法虽然能有效避免镁的氧化，但不能克服镁蒸发的问题。发明专利CN1030114384在制备镁基储氢材料的合金制备时，额外添加8-10wt.％的镁以补偿挥发的损失。然而，由于实际挥发的过程受温度和环境影响较大，镁的挥发含量很难控制，进而影响最终产品的成分。同时，大量挥发的镁蒸汽也会对生产设备造成损害和污染。专利CN101709396A采用球磨的方法制备Mg-Ti储氢合金，球磨介质为氩气。但由于氩气不能起到润湿作用，为了保证球磨的顺利进行，当该方法需要多次开罐刮粉，这导致操作极为不便，进而不利于工业化生产，同时该技术罐内的气压远远大于常压，这导致对设备的要求较高而且还不安全。综上所述，寻找一种储氢能力强、成本低、安全系数高的镁基储氢合金及其制备方法成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有镁基储氢合金存在的动力学性能差、循环性不稳定、安全系数低、成本高、制备难度大等不足之处，提供一种Mg-Ti储氢合金粉及其制备方法。

本发明一种Mg-Ti储氢合金粉，以质量百分比计包括下述组分：

Mg-Ti合金70-92％、优选为75-90％，进一步优选为80-90％；

FeCl₃5-16％、优选为8-15％、进一步优选为8-12％；

碳纳米管 1-15％、优选为2-10％、进一步优选为2-8％；

所述Mg-Ti合金中，Mg含量为65at.％-85at.％、优选为71at.％-82at.％、进一步优选为75at.％-80at.％，其余为Ti。

本发明一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，包括下述步骤：

将按设计组分配取的镁源、钛源加入盛满有机溶剂的球磨罐中，进行球磨后，干燥，得到Mg-Ti合金粉；然后将按设计组分配取的FeCl₃粉、碳纳米管与Mg-Ti合金粉混合均匀，得到所述Mg-Ti储氢合金粉；所述有机溶剂选自醇类、烃类中的一种。

本发明一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述镁源为镁粉。所述镁粉的粒度为100-230nm、优选为150-210nm、进一步优选为160-200nm。

本发明一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述钛源为钛粉。所述钛粉的粒度为45-150nm、优选为50-100nm、进一步优选为60-90nm。

本发明一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述有机溶剂选自无水乙醇、烷烃中的至少一种。优选为无水乙醇、丁烷、戊烷中的至少一种，进一步优选为，按质量比，无水乙醇：丁烷：戊烷＝100:5-10:1-2。