一种纳米镁基复合储氢材料及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109972010A(43)申请公布日2019.07.05(21)申请号201910297922.6(22)申请日2019.04.15(71)申请人河北工业大学地址300130天津市红桥区丁字沽光荣道8号河北工业大学东院330#(72)发明人杨泰王鹏李强梁春永夏超群王洪水(74)专利代理机构天津翰林知识产权代理事务所(普通合伙)12210代理人赵凤英(51)Int.Cl.C22C23/06(2006.01)C22C1/05(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/46(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种纳米镁基复合储氢材料及制备方法(57)摘要本发明为一种纳米镁基复合储氢材料及其制备方法。材料主要成分为镁，同时包含混合稀土、羰基镍粉和石墨多种催化剂，以提升其低温吸氢性能。该材料具有纳米晶体结构，晶粒尺寸为20-50纳米，且具有优异的低温吸氢动力学性能。制备方法中，首先采用真空感应熔炼方法将纯镁与一定量的混合稀土进行真空冶炼，制备出镁原位掺杂稀土元素的脆性镁-稀土合金锭；然后将得到的合金与羰基镍粉、石墨粉、惰性有机助磨剂混合，通过机械球磨方法进一步制备出高容量镁基复合储氢材料。该材料制备方法克服了镁基储氢合金机械球磨过程中的粘壁现象，提高了材料回收率，且得到了低温吸氢性能优异的高容量镁基复合储氢材料。CN109972010ACN109972010A权利要求书1/1页1.一种纳米镁基复合储氢材料，其特征为该材料主要成分为镁，包含混合稀土、羰基镍粉和石墨多种催化剂，具有纳米晶体结构，材料晶粒尺寸为20-50纳米，具有优异的低温吸氢动力学性能；其中，混合稀土占纯镁质量的10-15%，羰基镍粉占镁-稀土总质量的3-10%，石墨占镁-稀土总质量的3-5%。2.如权利要求1所述的纳米镁基复合储氢材料，其特征为所述镁基复合储氢材料的优异低温吸氢动力学性能为在100℃和3MPa氢压条件下可在30秒内吸收5-6.5wt%的氢。3.如权利要求1所述的纳米镁基复合储氢材料，其特征为所述混合稀土包含镧、铈、镨、钕、钐以及其它少量的稀土元素和极少量的杂质元素，稀土元素总含量大于99.5%。4.如权利要求1所述的镁基复合储氢材料制备方法，其特征为该方法包含以下主要步骤：a、以镁和混合稀土金属为原材料，采用真空感应熔炼方法制备脆性镁-稀土合金锭；其中，熔炼炉背底真空为2.0×10−2Pa，保护气体为0.04-0.06MPa压力的高纯氩气，真空熔炼时的感应线圈功率为8-10kW，熔体保温时间为10-15分钟；熔炼完毕后浇注成铸锭；所述的混合稀土质量为镁-稀土合金质量分数的10-15%；b、将镁-稀土合金铸锭机械破碎为100目以下的合金粉末，然后与羰基镍粉、石墨粉以及有机液体助磨剂混合均匀，用行星式机械球磨机研磨5-10小时；其中，所述的羰基镍粉的质量为镁-稀土合金粉末质量的3-10%；所述的石墨粉的质量为镁-稀土合金粉末质量的3-5%；所述的有机液体助磨剂的质量为镁-稀土合金粉末质量的50-100%；c、将机械球磨后的混合材料在室温下真空干燥，得到镁基复合储氢材料。5.如权利要求4所述的镁基复合储氢材料制备方法，其特征为所述的羰基镍粉的粒度范围为0.5-1微米。6.如权利要求4所述的镁基复合储氢材料制备方法，其特征为所述的有机液体助磨剂为乙醇、环己烷、己烷、正庚烷、苯、甲苯、四氢呋喃中的一种或几种。7.如权利要求4所述的镁基复合储氢材料制备方法，其特征为所述的高纯氩气的纯度为99.999Vol.%。2CN109972010A说明书1/5页一种纳米镁基复合储氢材料及制备方法技术领域[0001]本发明属于储氢材料技术领域，特别涉及一种低温吸氢动力学性能优异的高容量镁基储氢材料及制备方法。背景技术[0002]氢能作为一种清洁高效、储量丰富、可持续的理想二次能源，被视为最具发展潜力的能源材料，得到世界范围内的广泛关注。安全高效的储氢技术是氢能利用过程中的关键环节之一。金属氢化物方法储氢具有体积密度高、可逆性好、安全性高等优点，被认为是最具希望的储氢材料。镁的可逆储氢容量高达7.6wt.％，此外镁还具有资源丰富、价格低廉、环境友好等优点，极具应用前景。尽管镁作为储氢材料满足许多实用条件，但是还不能应用于移动式储氢系统，特别是车载燃料电池供氢装置。这主要是由于纯镁储氢热力学性能差，氢化和脱氢过程需要在300℃以上的条件下进行。此外，纯镁的吸放氢反应速率极为缓慢，无法满足要求。[0003]机械球磨是改善镁基材料储氢性能的有效方法之一，通过球磨方法得到的材料粒径明显减小，表面活性增大。球磨过程中的剪切、研磨和挤压作用使材料内部产生大量缺陷，甚至