一种镁基纳米复合储氢材料及制备方法技术

一种镁基纳米复合储氢材料及制备方法，将镁锭加入气氛保护电阻炉，升温到780～800℃，使之熔融成为镁合金液，加入预压好的镍片，充分搅拌10min，继续升温至880～900℃，搅拌并保温20min，使之成为宏观均匀性质的熔体，浇注预先加热200℃的钢制模具，空冷获得铸态富镁合金，溶体甩带，感应加热时富镁合金重熔，采用氩气把熔融合金液体喷射至45m/s快速旋转的铜辊，获得组织调控富镁合金薄带，认为剪碎合金薄带，加入CNTs和Nb2O5同时高能球磨1h，获得整体改性纳米复合富镁储氢合金粉，本发明专利技术不仅保持了镁基储氢合金的大容量储氢优势，而且显著改善了活化特性及吸/放氢热动力学特性。

Magnesium based nano composite hydrogen storage material and preparation method thereof

A magnesium based nanocomposite hydrogen storage material and preparation method, the magnesium ingot is added to an atmosphere protection furnace, heating up to 780~800 C, melting into magnesium alloy liquid, adding prepressed nickel sheet, stirring 10min fully, warming up to 880~900 C, stirring and holding 20min, making it a macro homogeneous melt, pouring. The steel moulds of 200 C were heated in advance. The cast alloy rich magnesium alloy was obtained by air cooling. The molten magnesium alloy was remelted by the induction heating. The molten alloy liquid was ejected to the 45m/s fast rotating copper roll by argon gas. The alloy thin strip was controlled by the microstructure, and the alloy thin ribbons were cut and crushed, and the high energy ball milling of the 1H was made by adding CNTs and Nb2O5 at the same time. The whole modified nano composite magnesium hydrogen rich alloy powder has not only maintained the high capacity of hydrogen storage of the magnesium based hydrogen storage alloy, but also improved the activation characteristics and the thermal kinetics of hydrogen absorption / desorption.

【技术实现步骤摘要】
一种镁基纳米复合储氢材料及制备方法
本专利技术涉及储氢合金材料
，特别涉及一种镁基纳米复合储氢材料及制备方法。
技术介绍
能源是日常生活的基本需求，是人类生存和社会进步的原动力。人口逐步增长及重工业快速演变，导致能源需求不断上升。传统化石能源不可再生且被过度开采，迫使全世界陷入能源短缺和环境污染的窘境，开发利用清洁高效的可再生能源和可持续能源并升级改造目前的能源系统迫在眉睫。氢能具有“零排放、可循环、高热值、来源广”等显著优点，并且氢能可存储和运输，有望成为新能源“驱动”未来生活。廉价高效的制氢技术、安全可靠的储氢技术及经济合理的用氢技术是推广氢能源必须关注的三方面问题。存储与运输发展滞后，成为氢能源推广的制约环节，找到一种可靠、高效的压缩方法是解决氢气存储的关键。目前，相比于安全性及储能密度不高的高压气态储氢方式和耗能过大的低温液态储氢方式，以金属氢化物为媒介的固态存储方式优势明显，储氢密度高、能耗低、安全可靠，受到了广泛的关注，其中金属镁以其储氢容量高、密度小、储量丰富等优点成为大容量车载固态储氢材料的理想选择。理论存储容量高达7.6wt.％的纯镁是目前金属类材料中储氢密度最高的，因超过美国能源部与国际能源组织对车载储氢材料所提出的研发指标而受到了广泛的关注。然而，表面钝化膜导致活化困难、MgH2中H传质困难导致吸/放氢动力学缓慢及Mg-H键结合强导致放氢温度过高等问题严重限制了纯Mg体系的实际应用。如何在保持大容量储氢优势的同时提高吸/放氢热动力学、降低放氢温度、改善活化特性并保持良好的改性效果成为镁基储氢合金研究的关键。为改善镁基储氢材料性能，目前人们的主要思路是：通过成分体系设计改善其热力学性能；通过制备工艺改善其动力学性能。但往往只是侧重考虑一个方面，或是仅考虑成分设计，进而改善热力学性能；或是仅考虑工艺优化，改善动力学性能，对于储氢材料活化特性及改性后的循环稳定性关注较少。但氢气的存储和释放是一个复杂的过程，对储氢材料的成分、内部组织结构、表面性能等都有特殊的要求。合成制备核壳型镁基储氢材料是大幅度改善吸放氢性能的有效途径。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足,本专利技术的目的在于提供一种镁基纳米复合储氢材料及制备方法，在保持大容量储氢基础上改善其活化特性、加速吸放氢动力学、降低氢化物体系热力学稳定性。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种镁基纳米复合储氢材料，包括Mg-Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂，Mg-Ni合金：CNTs：Nb2O5按重量比为8：1：1，Mg-Ni合金中，镁含量为90～98at.％，其余为镍，Mg-Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂采用高能球磨的方式结合。一种镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括以下步骤；步骤1，合金配料：选取纯度≥99.8％的金属镁块和镍粉，镁含量为90～98at.％，其余为镍，将镍粉预压成片，添加至金属镁中，考虑到烧损，镁添加3～5wt.％的烧损，镍片通过压片预压获得，压力为1.0MPa，保压时间为15s；步骤2，制备合金铸锭：将称好的镁块放入预先烘干的石墨坩埚中，在SF6+CO2混合气氛保护下加热至780～800℃，将预压制的镍片投入上述镁金属熔融液体中，机械搅拌10min，得到均匀富镁合金熔体，将合金熔体继续升温至880～900℃，并保温20min，熔体保温过程中拌有机械搅拌，待镍片全部熔化后浇铸至提前预热至200℃的钢制模具中，空冷至室温，得到富镁合金铸锭；步骤3，内部组织调控：将步骤2得到的富镁合金铸锭置于底部开有狭缝的高纯石英管内，通过甩带炉将上述合金铸锭感应加热至熔融，并利用惰性气体氩气使熔融态富镁合金从石英管狭缝连续喷射至旋转的铜辊表面，所述熔体快淬炉铜辊以45m/s的线速度旋转，获得储氢合金快淬薄带；步骤4，表面催化：将得到的合金薄带人为分割成1～2cm2的碎片，在合金薄带碎片中同时加入CNTs和Nb2O5并在高纯氩气保护下高能球磨1h，实现表面复合催化改性，得到Mg-Ni基纳米复合储氢合金粉。所述的合金薄带碎片中加入的CNTs和Nb2O5与合金薄带碎片的重量比为1：1：8。本专利技术的有益效果是：本专利技术所提供的基于内部组织调控及表面催化的整体改性方法，主要通过快速凝固细化晶粒、增加晶界/相界改善氢原子在材料内部的传输过程，同时弥散分布有限第二相，提升自催化效率，从而改善富镁体系的吸放氢特性。通过表面复合催化，促进H2分子表面吸附解离过程并加速H原子表面渗透，改善活化特性，同时纳米复合化可通过催化剂的协同作用，降低Mg-H键能，降低体系稳定性，改善富镁体系热力学特性。该整体改性方法，不仅保持了镁基储氢合金的大容量储氢优势，而且显著改善了活化特性及吸/放氢热动力学特性。附图说明图1为本专利技术铸态Mg-5at.％Ni富镁合金微观组织。图2为本专利技术部组织调控后富镁合金微结构。图3为本专利技术改性前后Mg5Ni富镁合金250℃、2.5MPa等温吸氢动力学曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理作详细叙述。实施例1本专利技术为一种镁基纳米复合储氢材料，包括Mg-Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂，Mg-Ni合金：CNTs：Nb2O5按重量比为8：1：1，Mg-Ni合金中，镁含量为90～98at.％，其余为镍，Mg-Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂采用高能球磨的方式结合。在本实施案例中金属镁为90at.％，镍为10at.％。一种镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括步骤1，合金配料：选取纯度≥99.8％的金属镁块和镍粉，将镍粉预压成片，添加至金属镁中，考虑到烧损，镁添加3～5wt.％的烧损，本实施例中，镁的烧损添加量为5wt.％。镍片通过压片预压获得，压力为1.0MPa，保压时间为15s；步骤2，制备合金铸锭：将称好的镁块放入预先烘干的石墨坩埚中，在SF6+CO2混合气氛保护下加热至780～800℃，将预压制的镍片投入上述镁金属熔融液体中，机械搅拌10min，得到均匀富镁合金熔体，将合金熔体继续升温至880～900℃，并保温20min，熔体保温过程中拌有机械搅拌，待镍片全部熔化后浇铸至提前预热至200℃的钢制模具中，空冷至室温，得到富镁合金铸锭；步骤3，内部组织调控：将步骤2得到的富镁合金铸锭置于底部开有狭缝的高纯石英管内，通过甩带炉将上述合金铸锭感应加热至熔融，并利用惰性气体氩气使熔融态富镁合金从石英管狭缝连续喷射至旋转的铜辊表面，所述熔体快淬炉铜辊以45m/s的线速度旋转，获得储氢合金快淬薄带；步骤4，表面催化：将得到的合金薄带人为分割成1～2cm2的碎片，在合金薄带碎片中同时加入CNTs和Nb2O5并在高纯氩气保护下高能球磨1h，实现表面复合催化改性，得到Mg-Ni基纳米复合储氢合金粉，在合金薄带碎片中加入的CNTs和Nb2O5与合金薄带碎片的重量比为1：1：8。实施例2本专利技术为一种镁基纳米复合储氢材料，包括Mg-Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂，Mg-Ni合金：CNTs：Nb2O5按重量比为8：1：1，Mg-Ni合金中，镁含量为90～98at.％，其余为镍，Mg-Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂采用高能球磨的方式结合。在本实施案例中金属镁为95at.％，镍为5at.％。一种镁基纳米复合储氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镁基纳米复合储氢材料，其特征在于，包括Mg‑Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂，Mg‑Ni合金：CNTs：Nb2O5按重量比为8：1：1，Mg‑Ni合金中，镁含量为90～98at.％，其余为镍，Mg‑Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂采用高能球磨的方式结合。

【技术特征摘要】
1.一种镁基纳米复合储氢材料，其特征在于，包括Mg-Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂，Mg-Ni合金：CNTs：Nb2O5按重量比为8：1：1，Mg-Ni合金中，镁含量为90～98at.％，其余为镍，Mg-Ni合金及CNTs和Nb2O5催化剂采用高能球磨的方式结合。2.一种镁基纳米复合储氢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1，合金配料：选取纯度≥99.8％的金属镁块和镍粉，镁含量为90～98at.％，其余为镍，将镍粉预压成片，添加至金属镁中，考虑到烧损，镁添加3～5wt.％的烧损，镍片通过压片预压获得，压力为1.0MPa，保压时间为15s；步骤2，制备合金铸锭：将称好的镁块放入预先烘干的石墨坩埚中，在SF6+CO2混合气氛保护下加热至780～800℃，将预压制的镍片投入上述镁金属熔融液体中，机械搅拌10min，得到均匀富镁合金熔体，将合金熔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯小江，杨艳玲，冯雷，锁国权，王祎，李丹，陈华军，左玉，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61