[发明专利]一种用于制备氢气的Al合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于制备氢气的Al合金及其制备方法和应用，涉及Al合金制氢技术领域，所述Al合金包括金属Al、Mg、Ga和Sn；其中，Sn的含量为0.6‑1.2 wt.%，Mg的含量为0.41‑1.7 wt.%，Ga的含量为0.2‑2 wt.%，余量为Al；另外，还可以在上述Al合金中加入0.2‑1.0 wt.%的Cu来改善铝合金的制氢性能。本发明的铝合金不仅降低了制氢铝合金的生产成本，而且提升了其制氢性能，使用本发明的铝合金在30℃、50℃、70℃、90℃下的产氢量分别为927.4 mL/g、1040.0mL/g、1143.5 mL/g、1247.0 mL/g。

技术领域

本发明涉及Al合金制氢技术领域，具体涉及一种用于制备氢气的Al合金及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池（FC）由纯净，清洁的氢气驱动，而不是通过化石燃料的改造获得，这样就不会污染周围环境。虽然现今在新能源电动车领域小规模使用FC，但由于FC除了本身一些工程技术上的难题外，还缺乏可靠高效的供氢系统，使其不能得到大规模推广。在制氢方面，目前主要有化石燃料制氢、生物质气化制氢、电解水制氢、光催化制氢以及非矿物质含能材料等。

传统的制氢技术存在成本、运输和储存等问题。在实际应用中，化石资源制氢应用最为广泛，然而化石资源为不可再生资源，且产物中氢气纯度也不高；电解水制氢需要源源不断的电能，且能量转换率低，安全性也不够高；生物质制氢虽然较为清洁，也容易运输，但存在能耗高的天然缺陷，工艺流程也较为复杂，难以对反应进行控制，有大量的副产物存在。以上制氢技术虽适应于大规模生产，却无法满足燃料电池对高纯度、安全性氢源的需求。

随着研究的不断深入，科研人员发现金属及其化合物在一定条件下可以产生大量高纯度氢气，且金属不存在运输安全（如爆炸、泄露、蒸发）等问题。目前金属制氢主要是采用Al基合金制氢，因为Al是地壳中最丰富的金属元素，在自然界中以矿石的形态存在，易制取以及价格优势，没有苛刻的保存条件；但由于Al表面存在致密的氧化膜，阻碍了Al与水的进一步反应，为了解决这一问题，一种方法是通过研磨、球磨等传统机械手段破坏Al表面致密氧化膜，同时改变Al及铝合金的比表面积，使其成粉，从而提高反应接触面积；但是球磨成本高，铝粉比表面积和表面能较高，导致其化学性质活泼，容易发生安全事故，因此Al粉的储存（易氧化）和运输限制了铝粉在制氢中的应用；另一种方法是在铝中加入Ga、Sn、In等金属以形成低熔点活化铝合金来降低反应的活化能；还有部分低熔点金属破坏Al晶粒晶界来提高Al的制氢性能，但是Ga、Sn、In均属于稀贵金属，大大增加了制氢成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于制备氢气的Al合金及其制备方法和应用，该方法通过在Al中添加少量的Ga、Sn、Mg、Cu等元素来提高Al合金的产氢量、产氢速率，并且添加量少，成本低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案之一为：一种用于制备氢气的Al合金，所述Al合金包括金属Al、Mg、Ga和Sn；

其中，Sn的含量为0.6-1.2wt.%，Mg的含量为0.41-1.7wt.%，Ga的含量为0.2-2wt.%，余量为Al。

进一步地，所述Al合金包括金属Al、Mg、Ga和Sn；

其中，Sn的含量为1.2wt.%，Mg的含量为1.7wt.%，Ga的含量为1.5wt.%，余量为Al。

本发明采用的技术方案之二为：一种用于制备氢气的Al合金，所述Al合金由金属Al、Mg、Ga、Sn和Cu组成；

其中，Sn的含量为0.6-1.2wt.%，Mg的含量为0.41-1.7wt.%，Ga的含量为0.2-2wt.%，Cu为0.2-1.0wt.%，余量为Al。

进一步地，所述Al合金由金属Al、Mg、Ga、Sn和Cu组成；