本发明专利技术属于贮氢合金材料技术领域，特别涉及一种燃料电池用高容量Mg‑RE‑Ni基A2B型贮氢合金及其制备技术。该贮氢合金将A侧元素多加入25at.％，并由稀土元素部分替代Mg，由Ti和Al部分代替Ni；该合金的化学式组成为：Mg25‑xRExNi10‑y‑zTiyAlz，式中x、y、z为原子比，1<x<5,1<y<3，0.2<z<1，RE为稀土元素镧、铈、镨、钕、钐、钇中的一种或几种。本发明专利技术贮氢合金具有较高的贮氢容量和较快的吸放氢动力学；氢化物放氢温度明显降低，能在200℃温度下进行可逆的吸放氢；吸放氢循环稳定性得到显著改善。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于贮氢合金材料
，特别涉及一种燃料电池用高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合金及其制备技术。
技术介绍
近年来，燃料电池(fuelcell)驱动的汽车受到了国内外的高度关注，然而，由于作为氢燃料载体的贮氢材料的容量偏低、氢化物放氢温度偏高及缓慢的吸放氢动力学而使其实际应用受到了极大的限制。镁基合金由于贮氢密度高及资源极为丰富等特点，被公认为是最具潜力的贮氢材料。特别是A2B型Mg基贮氢合金具有放氢温度低、贮氢容量较大而被广泛的研究，比如Mg2NiH4为3.6wt.％,Mg2CoH5为4.5wt.％，Mg2FeH6为5.4wt.％。这些氢化物极有希望用作燃料电池的贮氢材料，尤其是放氢温度偏低的Mg-Ni基A2B型贮氢合金。然而，传统工艺制备的多晶Mg2Ni型合金在室温下几乎没有可逆吸放氢的能力，因此，降低合金氢化物的热稳定性并提高合金吸放氢的动力学性能成为研究者面临的严峻挑战。研究表明，在A侧适量多添加吸氢元素有利于保持镁基合金的高容量而不改变合金类型；合金元素和元素替代可以明显降低镁基合金氢化物的热稳定性并大幅度提高合金的吸放氢动力学；合金的吸放氢动力学对合金的微观结构非常敏感。各种非平衡处理技术，特别是机械合金化(MA)以及熔体快淬(RQ)，被认为是获得纳米晶/非晶结构的非常有效的方法。尤其是高能球磨，已经被证实能显著地提高Mg基合金的吸放氢动力学。然而，球磨Mg基合金的吸放氢循环稳定性很差，这已成为其实际应用难以克服的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种燃料电池(fuelcell)用低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合金。本专利技术的另一个目的是提供一种燃料电池(fuelcell)用低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合金的制备方法为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：本专利技术提供一种低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合金，该贮氢合金将A侧元素多加入25at.％，并由稀土元素部分替代Mg，由Ti和Al部分代替Ni；该合金的化学式组成为：Mg25-xRExNi10-y-zTiyAlz，式中x、y、z为原子比，1<x<5,1<y<3，0.2<z<1，RE为稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y中的一种或几种。优选地，x＝3，y＝2，z＝0.6。所述贮氢合金通过熔炼、制备具有纳米晶-非晶结构的合金薄带、破碎、球磨工艺制备。所述贮氢合金为具有纳米晶-非晶结构的合金粉末。所述贮氢合金在200℃温度下进行可逆的吸放氢。所述贮氢合金的循环稳定性S100为98.3％～98.8％；S100＝C100/Cmax×100％，其中，Cmax是合金的饱和吸氢量，C100第100次循环后的吸氢量。本专利技术提供一种低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合金的制备方法，包括如下步骤：(1)原料准备：按化学式Mg25-xRExNi10-y-zTiyAlz进行配料，式中RE为稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y中的至少一种；x、y、z为原子比，1<x<5,1<y<3，0.2<z<1；(2)熔炼：在保护气下，将步骤(1)称好的原料进行熔炼获得铸态母合金铸锭；(3)甩带：将上述步骤(2)制备的铸锭用熔体快淬的方法制备成快淬合金薄带；(4)破碎球磨：将步骤(3)制备的快淬合金薄带破碎，破碎后筛取粉末粒度小于75μm的合金；然后放入球磨机中球磨，获得Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合金。所述步骤(1)在原料配比时，Mg和稀土的添加量过量5％～10％。所述步骤(2)采用真空感应炉进行熔炼，首先抽真空至1×10-2～5×10-5Pa，然后通入0.01-0.1MPa的惰性气体作为保护气体，保护气体为纯氦气或者氦气加氩气混合气体，所述混合气体的体积比约为1:1，加热温度1500-1700℃，获得熔融的液态母合金，保持约5分钟后；直接注入铜模中，获得铸态母合金铸锭。所述步骤(3)中将铸态母合金铸锭置于底部有狭缝的石英管内，用感应线圈加热使其完全熔化，利用保护气体的压力使其从石英管狭缝连续喷射在以10～40m/s线速度旋转的铜辊的光滑表面上，获得快淬合金薄带。所述步骤(4)中将球磨机抽真空后充入高纯氩气，然后球磨2-5小时，其中，球料比40：1，转速：350转/分。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术在成分设计上多加入25at.％的吸氢元素以保持高容量，采用稀土元素部分替代镁、钛和铝部分代替镍，提高了合金的纳米晶、非晶形成能力，并同时降低了合金氢化物的热稳定性，提高了合金的吸放氢动力学性能。快淬合金经球磨后，使合金颗粒的表面活性得到了改善，进一步降低了合金的氢分解温度；并且能降低材料吸放氢的活化能(Ea)，使合金的吸放氢动力学性能得到进一步提高。本专利技术贮氢合金能在200℃温度下进行可逆的吸放氢；吸放氢循环稳定性得到显著改善。附图说明图1为本专利技术实施例1快淬态合金薄带的实物照片；图2为本专利技术实施例1快淬态合金在高分辨透射电镜(HRTEM)下的微观组织形貌及电子衍射环；图3为本专利技术实施例1快淬+球磨后合金颗粒的HRTEM微观结构及电子衍射环；图4为本专利技术各实施例通过快淬+球磨后合金的XRD衍射谱示意图。具体实施方式具有纳米晶或纳米晶/非晶结构的Mg基合金具有良好的吸放氢动力学，因为这种结构能为氢原子提供大量的有利位置。超细显微结构(在100nm以下)的Mg2Ni合金在200℃下就可以吸放氢，放氢温度降低了100℃左右，这是因为纳米晶结构的合金具有更多的形核长大的接触位置，而且与氢气反应的比表面积也增多，超细结构的合金缩短了氢原子的传输距离，增加氢扩散速率。在制备超细合金的过程中，产生了很多晶体缺陷如位错、孪晶，这也可以明显改善其贮氢性能。此外，熔体快淬是获得纳米晶/非晶结构的有效方法，且非常适合于批量化制备纳米晶-非晶镁基合金。本专利技术在成分设计上将A侧元素多加入25at.％，并采用稀土部分替代镁、钛和铝部分代替镍，首先用快淬技术制备出具有纳米晶-非晶结构的合金。将快淬态合金进行球磨，进一步改善合金颗粒的微观结构及表面特性，在保持高贮氢容量的前提下显著降低合金的放氢温度和改善合金的吸放氢动力学。本专利技术提供一种燃料电池(fuelc本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温高容量Mg‑RE‑Ni基A2B型贮氢合金，其特征在于：该贮氢合金将A侧元素多加入25at.％，并由稀土元素部分替代Mg，由Ti和Al部分代替Ni；该合金的化学式组成为：Mg25‑xRExNi10‑y‑zTiyAlz，式中x、y、z为原子比，1<x<5,1<y<3，0.2<z<1，RE为稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y中的一种或几种。
【技术特征摘要】
1.一种低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合金，其特征在于：
该贮氢合金将A侧元素多加入25at.％，并由稀土元素部分替代Mg，
由Ti和Al部分代替Ni；该合金的化学式组成为：Mg25-xRExNi10-y-zTiyAlz，
式中x、y、z为原子比，1<x<5,1<y<3，0.2<z<1，RE为稀土元素La、
Ce、Pr、Nd、Sm、Y中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合
金，其特征在于：x＝3，y＝2，z＝0.6。
3.根据权利要求1所述的低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合
金，其特征在于：所述贮氢合金通过熔炼、制备具有纳米晶-非晶结构
的合金薄带、破碎、球磨工艺制备。
4.根据权利要求1所述的低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合
金，其特征在于：所述贮氢合金为具有纳米晶-非晶结构的合金粉末。
5.根据权利要求1所述的低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合
金，其特征在于：所述贮氢合金在200℃温度下进行可逆的吸放氢。
6.根据权利要求1所述的低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮氢合
金，其特征在于：所述贮氢合金的循环稳定性S100为98.3％～98.8％；
S100＝C100/Cmax×100％，其中，Cmax是合金的饱和吸氢量，C100第100
次循环后的吸氢量。
7.一种根据权利要求1所述的低温高容量Mg-RE-Ni基A2B型贮
氢合金的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)原料准备：按化学式Mg25-xRExNi10-y-zTiyAlz进行配料，式中
RE为稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y中的至少一种；x、y、z为
原子比，1<x&...
【专利技术属性】
技术研发人员：张羊换，袁泽明，祁焱，郭世海，赵栋梁，张建福，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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