[发明专利]固态储氢芯体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固态储氢芯体及其制备方法，属于燃料电池技术领域，主要目的是解决目前的固态储氢芯体对储氢材料的利用率不高、氢气的储存效率不高的问题，本发明中的固态储氢芯体主要由芯体基材、过渡层和储氢材料层组成，过渡层位于芯体基材和储氢材料层之间，储氢材料层位于固态储氢芯体表面；所述的芯体基材为金属纤维毡，材质为304不锈钢、316L不锈钢或310S不锈钢，或者铁铬铝金属材料，纤维直径为1～50um，纤维毡孔隙率为70～90％，纤维毡厚度为0.2～2mm；芯体基材在镀膜前可以是任意形状；所述的储氢材料为LaNi_x或LaNi_xAl_1‑x；镀层厚度为50～2000nm；过渡层为金属铬或钛，厚度为10～1000nm。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种固态储氢芯体及其制备方法。

背景技术

众多新能源中，氢能是具有巨大发展潜力的未来能源之一。氢能是一种洁净的可再生能源，同时又具有可储、可输的特点。目前，它是理想的低污染甚至零污染的车用能源。长远看，它的发展可能带来能源结构的重大改变。然而，在实际应用过程中，其存储和运输是关键。寻找高效低成本且能够规模化利用的储氢方法更是关键。

现有的储氢方法大致包括以下几种方式，高压压缩储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢、吸附储氢、络合物储氢、无机物储氢以及有机液体储氢。然而，低温液态储氢在氢气液化过程中要消耗很大的冷却能量，储存中还不可避免地存在蒸发损失，储存成本较高。高压压缩储氢存在较大的安全隐患。相比于高压气态储氢和液化储氢，采用储氢材料固态储氢能很好的解决传统储氢技术储氢密度低和安全系数差的问题，储氢时使氢气与材料反应或吸附于材料中，需要时再将材料加热或减压释放氢气。固态储氢材料的储氢密度是相同温度压力条件下气态储氢的1000倍左右，而且吸放氢速度事宜，具有高度安全性。合金储氢材料由于其储氢能力强、污染小、安全系数高以及制备工艺的成熟，是目前最为广泛应用的储氢材料。合金储氢材料是通过金属氢化物的形式来将氢气储存在合金中。合金储氢材料在一定的温度和氢气压力下，发生放热反应吸收氢气生成金属氢化物，并在加热的情况下发生吸热反应释放所吸收的氢气。因此，固体储氢有利于氢气的安全应用，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的问题是目前的固态储氢芯体对储氢材料的利用率不高、氢气的储存效率不高的问题，为了实现上述目的，本发明提供了一种固态储氢芯体及其制备方法，固态储氢芯体主要由芯体基材、过渡层和储氢材料层组成，过渡层位于芯体基材和储氢材料层之间，储氢材料层位于固态储氢芯体表面；

所述的芯体基材为金属纤维毡，材质为304不锈钢、316L不锈钢或310S不锈钢，或者铁铬铝金属材料，纤维直径为1～50um，纤维毡孔隙率为70～90％，纤维毡厚度为0.2～2mm；芯体基材在镀膜前可以是任意形状；所述的储氢材料为LaNi_x(x＝1～5)或LaNi_xAl_1-x(x＝0.2～0.8)；镀层厚度为50～2000nm；过渡层为金属铬或钛，厚度为10～1000nm。

一种固态储氢芯体的制备方法，包括如下步骤：

(1)离子溅射清洗过程

将芯体基材经过超声清洗后，用高纯氮气吹干，放入非平衡磁控溅射离子镀炉腔中，加热至50～300℃，抽真空至炉腔真空度低于3×10^-3～6×10^-3Pa，保温0.5～5h，接下来充入氩气，使炉腔的真空度为0.2～2Pa，在基体上加偏压至-200～-1000V，离子源电压加至200～1000V，用离子源轰击基体表面去除钝化膜，离子清洗时间为10～120min；

(2)沉积过渡层

开启铬靶电流，工作气压保持在0.2～10Pa之间，基体偏压在-50～-800V之间，铬靶电流为0.2～10A，在芯体表面沉积铬，沉积时间为1～20min。过渡层也可选用钛靶。