泡沫稀土-镍合金及其制备方法、用途技术

本申请公开了一种泡沫稀土‑镍合金及其制备方法、用途。该泡沫稀土‑镍合金为泡沫La‑Ni、Ce‑Ni、Nd‑Ni、Sm‑Ni、Dy‑Ni或Ho‑Ni合金，所述泡沫稀土‑镍合金维持与商用泡沫镍一致的孔径和通孔率。本申请又公开一种泡沫稀土‑镍合金的制备方法，包括以下步骤：采用光谱纯石墨导电体或者惰性导电体做为阳极，泡沫镍作为阴极在电化学工作站进行循环伏安测试，得到稀土离子在泡沫镍电极上形成金属间化合物的还原电位；再利用电化学工作站或者恒电位仪采用在不同设定的还原电位条件下电解1‑2小时，得到固态稳定开口的泡沫稀土‑镍合金材料。本发明专利技术泡沫稀土‑镍合金可以像传统商用泡沫镍那样作为储氢和析氢材料的载体，但其本身具有优越的储氢和析氢能力。

Rare earth foam nickel alloy and its preparing method and use

The invention discloses a rare earth foam nickel alloy and its preparing method and use. The rare earth foam nickel alloy foam La Ni, Ce Ni, Nd Ni, Sm Ni, Dy Ni or Ho Ni alloy, the rare earth foam nickel alloy to maintain the aperture consistent with the commercial nickel foam and porosity. The preparation method and the application discloses a rare earth foam nickel alloy, which comprises the following steps: using spectral pure graphite conductive body or inert conductor as the anode and cathode of nickel foam as cyclic voltammetry in the electrochemistry workstation, get the reduction potential of rare earth ions on nickel foam electrode to form intermetallic compounds; and the electrochemical workstation or potentiostat by reducing potential conditions at different set under 1 electrolysis for 2 hours to obtain the foamed nickel alloy material of rare earth solid stable opening. The invention of rare earth nickel alloy foam like traditional commercial nickel foam as the carrier of hydrogen storage and hydrogen material, but its excellent hydrogen storage and hydrogen capacity.

【技术实现步骤摘要】
泡沫稀土-镍合金及其制备方法、用途
本专利技术涉及电化学制备泡沫合金和稀土合金
，具体涉及在高温熔盐体系中电解制备泡沫稀土-镍合金及其制备方法、用途。
技术介绍
稀土-镍合金(如LaNi5)及其衍生物具有快速的充/放电能力、可逆储氢容量高的性能，是一种非常理想的储氢材料，广泛应用于电池工业。而泡沫镍基合金作为一种新材料，由于其高熔点、质轻、比表面积大、比强度高、耐腐蚀等优点，在航天飞机和超高速飞行器的金属热防护系统、汽车工业和新能源等领域广阔应用。泡沫稀土-镍合金可以将两者的优良性能结合在一起，组成一种有望在电池、汽车和新能源等领域应用的新型功能性材料。目前工业上，储氢合金的制备方法主要为合金熔炼法，该方法以高纯金属为前体，因此具有成本高，制备流程复杂，对环境污染重等缺点；而且得到的只是块体材料，不能将合金泡沫化。而制备泡沫合金的方法目前有铸造法、固体粉末包埋、喷涂法、浸浆海绵烧结法、电沉积扩散法等；而工业上，主要采用电沉积方法，将聚氨酯海绵作为前提，碱性化学镀镍导电化，然后在有机电解液中将另一/多种金属电解沉积在镀镍上，最后热分解去除聚氨酯海绵得到泡沫合金成品。由于在有机电解液中，只能将活性较低的过渡元素(如Fe、Co、Cu、Cr、Zn、Mn、Mo等)离子电解还原成金属。因此，目前真正意义上的泡沫合金的制备只能局限在过渡金属合金层面。对于活性较高，还原电位较负的金属元素(如稀土元素)离子则不能在有机电解液中电解得到金属。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种真正意义上容易制备的泡沫稀土-镍合金析氢材料。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种泡沫稀土-镍合金，所述泡沫稀土-镍合金为泡沫La-Ni、Ce-Ni、Nd-Ni、Sm-Ni、Dy-Ni或Ho-Ni合金，所述泡沫稀土-镍合金具有与商用泡沫镍一致的孔径和通孔率。本专利技术还提供一种泡沫稀土-镍合金作为储氢和析氢材料的载体的用途，且本身具有显著的储氢和析氢能力。本专利技术又提供一种泡沫稀土-镍合金的制备方法，包括以下步骤：采用光谱纯石墨导电体或者惰性导电体做为阳极，泡沫镍作为阴极在电化学工作站进行循环伏安测试，得到稀土离子在泡沫镍电极上形成金属间化合物的还原电位；再利用电化学工作站或者恒电位仪采用在不同设定的还原电位条件下电解1-2小时，得到固态稳定开口的泡沫稀土-镍合金材料。具体地，一种泡沫稀土-镍合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将卤化物熔盐放入电解反应容器内，真空条件下干燥脱水，再将卤化物熔盐移入惰性气体环境；(2)将步骤(1)处理过的卤化物熔盐加热至400-1000℃，然后在卤化物熔盐中加入稀土卤化物；(3)将阴极和阳极插入步骤(2)加入稀土卤化物的熔盐中，其中阴极为泡沫镍电极，阳极为光谱纯导电体石墨或者惰性导电体；(4)利用电化学工作站在步骤(3)所述阴极和阳极之间进行循环伏安测试，确定稀土离子在泡沫镍电极上的还原电位；(5)利用电化学工作站或者恒电位仪在步骤(4)确定的稀土还原电位条件下，在阴极和阳极之间施加电压；(6)采用恒电位电解，在不同稀土的还原电位条件下，熔盐中的稀土离子被快速还原沉积到泡沫镍电极上并形成不同组分的泡沫稀土-Ni合金材料。优选地，所述稀土卤化物与卤化物熔盐的质量比为1-5％。优选地，所述泡沫合金中稀土与镍的摩尔质量比为1/5、1/3、1/2或3/1。优选地，所述干燥脱水的温度为200-300℃，时间为24-30小时。优选地，所述的卤化物熔盐为单一碱土金属氯化物或者二元碱金属混合卤化物的熔盐体系；所述碱土金属氯化物为LiCl或CaCl2；所述二元碱金属混合卤化物为LiCl-KCl、NaCl-KCl、NaCl-CaCl2、KF-KCl或LiF-CaF2。优选地，当选用不同的熔盐体系时，所述卤化物熔盐加热的温度分别为LiCl：650-800℃；CaCl2：800-1000℃；LiCl-KCl：400-600℃；NaCl-KCl：700-900℃；KF-KCl：650-850℃；LiF-CaF2：750-950℃。优选地，所述稀土卤化物为三氯化镧(LaCl3)、三氯化铈(CeCl3)、三氯化钕(NdCl3)、三氯化钐(SmCl3)、三氯化镝(DyCl3)、三氯化钬(HoCl3)或三氟化镧(LaF3)、三氟化铈(CeF3)、三氟化钕(NdF3)、三氟化钐(SmF3)、三氟化镝(DyF3)或三氟化钬(HoF3)。本专利技术的泡沫稀土-镍合金具有显著的储氢和析氢能力，可以像传统商用泡沫镍那样作为储氢和析氢材料的载体，且其本身具有显著的储氢和析氢能力。有望在电池、汽车和新能源等领域应用的新型功能性候选材料。本专利技术的制备方法是在高温熔盐中修饰制备的泡沫稀土-镍合金，现有技术无法制备泡沫稀土-镍合金。本专利技术采用的高温无机熔盐(如碱金属/碱土金属卤化物)，具有分解电位较宽，导电性好，扩散系数大，溶解能力强等特点，作为电解液载体，可以将稀土等活性元素的卤化物均匀溶解。另外，泡沫镍在碱金属/碱土金属卤化物具有很高的稳定性。因此，在高温熔盐中溶入镧金属卤化物，以泡沫镍作为阴极，电解得到泡沫镧-镍合金材料。该方法可以将传统商用的泡沫镍进行电解修饰，改变了传统方法只能制备过渡元素泡沫镍基合金的局限性。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例提供的熔盐电解的实施装置示意图；图2为本专利技术实施例提供的在LiCl-KCl-LaCl3(1.5wt.％)熔盐体系中，相等质量的丝状和泡沫镍电极上的循环伏安曲线图；图3为本专利技术实施例提供的-2.0V时分别在相等质量的丝状和泡沫镍电极上电解1小时的电流-时间曲线图；图4为本专利技术实施例提供的在泡沫镍电极上-1.8V，LiCl-KCl-LaCl3(1.5wt.％)熔盐体系中电解2小时后的泡沫LaNi5合金的SEM(semimage，扫描电镜图像)表面形貌和(插图)XRD(X-raydiffraction，X射线衍射)成分图；图5为本专利技术实施例提供的在泡沫镍电极上-1.8V，LiCl-KCl-LaCl3(1.5wt.％)熔盐体系中电解2小时后的高倍(10微米)条件下泡沫LaNi5合金的SEM表面形貌图；图6为本专利技术实施例提供的在泡沫镍电极上-1.8V，LiCl-KCl-LaCl3(1.5wt.％)熔盐体系中电解2小时后的高倍(10微米)条件下泡沫LaNi5合金的表面EDS元素表征；图7为本专利技术实施例提供的在泡沫镍电极上-2.0V，LiCl-KCl-LaCl3(1.5wt.％)熔盐体系中电解1小时后的泡沫镧-镍合金截面的(a)SEM表面形貌图；图8为本专利技术实施例提供的在泡沫镍电极上-2.0V，LiCl-KCl-LaCl3(1.5wt.％)熔盐体系中电解1小时后的泡沫镧-镍合金截面的EDS元素表征；图9为本专利技术实施例提供的泡沫镍和泡沫LaNi5电极在6mol％KOH溶液中的循环伏安曲线图；图10为本专利技术实施例提供的用于析氢实验的泡沫镍电极；图11为本专利技术实施例提供的用于析氢实验的泡沫LaNi5电极。图中：(1)-Ag/AgCl参比电极，(2)-指示电极，(3)-工作电极，(4)-对电极，(5)-电化学工作站，(6)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫稀土‑镍合金，其特征在于，所述泡沫稀土‑镍合金为泡沫La‑Ni、Ce‑Ni、Nd‑Ni、Sm‑Ni、Dy‑Ni或Ho‑Ni合金，所述泡沫稀土‑镍合金具有与商用泡沫镍一致的孔径和通孔率。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫稀土-镍合金，其特征在于，所述泡沫稀土-镍合金为泡沫La-Ni、Ce-Ni、Nd-Ni、Sm-Ni、Dy-Ni或Ho-Ni合金，所述泡沫稀土-镍合金具有与商用泡沫镍一致的孔径和通孔率。2.一种权利要求1所述的泡沫稀土-镍合金作为储氢和析氢材料载体的用途。3.一种泡沫稀土-镍合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用光谱纯石墨导电体或者惰性导电体做为阳极，泡沫镍作为阴极在电化学工作站进行循环伏安测试，得到稀土离子在泡沫镍电极上形成金属间化合物的还原电位；再利用电化学工作站或者恒电位仪采用在不同设定的还原电位条件下电解1-2小时，得到固态稳定开口的泡沫稀土-镍合金材料。4.根据权利要求3所述的泡沫稀土-镍合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将卤化物熔盐放入电解反应容器内，真空条件下干燥脱水，再将卤化物熔盐移入惰性气体环境；(2)将步骤(1)处理过的卤化物熔盐加热至400-1000℃，然后在卤化物熔盐中加入稀土卤化物；(3)将阴极和阳极插入步骤(2)加入稀土卤化物的熔盐中；(4)利用电化学工作站在步骤(3)所述阴极和阳极之间进行循环伏安测试，确定稀土离子在泡沫镍电极上的还原电位；(5)利用电化学工作站或者恒电位仪在步骤(4)确定的稀土还原电位条件下，在阴极和阳极之间施加电压；(6)采用恒电位电解，在不同稀土的还原电位条件下，熔盐中的稀土离子被快速还原沉积到泡沫镍电极上并形成不同组分的泡沫稀土-Ni合金材料。5.根据权利要求4所述的泡沫稀土-镍合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：石伟群，刘奎，王琳，刘雅兰，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11