[发明专利]一种稀土—镁基储氢合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土—镁基储氢合金及其制备方法，利用低温真空感应熔炼、多靶磁控溅射掺杂以及退火处理等技术制备颗粒尺度为微米级的经Ni‑Al合金纳米晶掺杂改性的La‑Mg系储氢合金。结果表明：此方法制备的Ni‑Al@La‑Mg储氢合金的吸放氢速率明显快于La‑Mg母体合金颗粒并具有很好的活化性能、容量保持性和循环稳定性，在放氢量方面也得到了极大的改善。表明微量金属合金纳米晶掺杂催化技术在提高储氢合金性能方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种合金及其制备方法，具体涉及一种经纳米晶掺杂改性的La-Mg系高性能储氢合金及其制备方法。

背景技术

清洁新能源诸如氢等的使用可大大减轻对环境的污染，保持自然界的生态平衡，有利于人类的健康，在未来可持续能源中占有重要地位。利用氢能，其关键技术是解决制氢的成本和安全、方便、大容量的储氢技术。镁基储氢合金具有重量轻，吸氢量大，储量丰富，价格便宜等优点而吸引世界各国研究者的目光，成为最有潜力的储氢材料之一。

然而，将镁基储氢合金作为储氢材料应用于实际还有很长一段路程，其主要障碍在于其吸放氢动力学和循环性能等方面。即使在673K氏温度下，普通镁也不能很快的直接吸50个大气压的氢。镁基储氢合金的储氢性能主要受制于颗粒度的影响，颗粒度越小，吸放氢动力学性能越优异。因此，镁基储氢合金往往需要纳米化，但另一方面其稳定性和安全性却因此而变劣。

针对现有的微米级镁基储氢合金所存在的动力学慢、循环性能差和容量保持率低等问题，元素掺杂改性是有效的方法之一。参考文献【1-4】中，通过掺杂Ni、Co等高电负性元素，以形成金属间化合物或者固溶体的方式分散在母体合金相中，起催化作用，以提高合金的吸放氢性能。但文献报道的掺杂方法多以熔炼和机械球磨为主，如参考文献【4-8】，此方法的缺点是得到的合金粒径大，分布不均一，对储氢合金的吸放氢动力学性能有不利影响，而用物理气相沉积(PVD)方法形成稳定的合金纳米晶催化剂的方法也存在着不足之处。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高性能的稀土－镁基储氢合金及其制备方法，利用低温真空感应熔炼、多靶磁控溅射掺杂以及退火处理等技术制备储氢合金，以克服现有的微米级镁基储氢合金所存在的动力学慢、循环性能差和容量保持率低等问题。利用PVD方法进行元素掺杂改性制备储氢合金，得到的合金纳米晶粒径小且分布均一，催化效率高；储氢合金吸氢脱氢性能稳定。此制备方法节能环保无污染，节约原材料，工艺过程简单，可操作性强。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种稀土－镁基储氢合金，该储氢合金表示为M-N@R-Mg，纳米合金M-N与R-Mg成核壳结构，其中，M为金属Mo、Ce和Al的一种；N为金属Ni、Nd、Ti和Fe的一种；R为稀土金属La、Ce、Pr、Nd、Sm、富铈混合稀土金属Mm、富镧混合稀土金属Ml中的一种。

所述稀土－镁基储氢合金的第一优选方案，M为金属Al，N为Ni，R为La。

所述稀土－镁基储氢合金的制备方法，所述方法包括下述步骤：

步骤1)，合金熔炼：

①将金属La锭竖直放于坩埚中后再加入Mg粉；

②进行液-固反应；

③降温退火；

步骤2)，制备La-Mg母体合金颗粒：

破碎、研磨和筛分；

步骤3)，制备双靶磁控溅射镀纳米合金颗粒：

将所述步骤2)制成的母体合金颗粒放置在磁控溅射机的样品皿中分别用金属Al和Ni为靶源磁控溅射；

步骤4)，活化热处理：