一种稀土储氢材料及其制备方法技术

一种稀土储氢材料及其制备方法，涉及一种AB

【技术实现步骤摘要】
一种稀土储氢材料及其制备方法
一种稀土储氢材料及其制备方法，涉及一种储氢材料，特别是一种AB2型钇-镁-镍基稀土储氢材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，在传统的煤、石油、天然气等不可再生资源开发利用过程中，出现了能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等一系列问题。建立新的能源体系，寻找无污染、安全可靠、可持续利用的新型能源已迫在眉睫。氢能作为一种绿色高效的能源载体，以其储量丰富、燃烧热值高且产物无污染、可做储能介质、用途广泛等诸多优点，受到越来越多的关注。氢的存储和输运是制约氢能社会到来的主要瓶颈。合金储氢材料虽然较Mg基和轻质化合物储氢材料容量偏低，但其活化性能好，室温下可逆吸放氢，是目前固态储氢装置广泛采用的储氢材料。我国是稀土资源大国，稀土系合金储氢材料在我国具有资源优势，其广泛应用有利于我国稀土资源的平衡利用。以LaNi5为代表的AB5型储氢材料，开发较早，技术较为成熟，理论储氢仅为约1.4wt.％，容量偏低。具有超晶格结构的稀土系AB3～4型储氢合金，容量较高，约为1.6～1.8wt.％。由于日本在早期拥有了这种超晶格结构的合金的专利，该合金体系在国内的发展和应用都受到一定限制。因此开发新型具有新结构的稀土储氢材料具有重要的意义。AB2型Laves相合金具有较高的理论储氢容量，一度引起人们的关注。目前AB2型合金主要为ZrM2和TiM2(M＝Mn、Ni、V、Co等元素中的一种或几种)两种体系，该类合金储氢容量能够达到1.8～2.4wt.％。但稀土系AB2型合金由于合金在吸放氢过程中结构不稳定，存在严重的氢致非晶化和氢致歧化，实际储氢量较低。研究表明，Y元素可显著抑制稀土系AB2型合金的非晶化，以YNi2为例，理论容量可达到2.8wt.％。实际储氢量仅为约1.7wt.％，吸放氢后合金结构发生变化，容量显著下降。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种结构稳定性好，能有效抑制氢致非晶化和氢致歧化，并提高可逆储氢容量的AB2型钇-镁-镍基稀土储氢材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种稀土储氢材料，其特征在于其稀土储氢材料为组成通式为YaAbMgcNixBy的钇-镁-镍基储氢材料；其组成通式中A为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd中一种或几种元素，B为Al、V、Mn、Fe、Co、Cu、Zn中的一种或几种元素，其中0.3≤a＜1，0＜b≤0.4，0.05≤c≤0.4，a+b+c＝1，1.5≤x≤2.5，0≤y≤0.5，1.5≤x+y≤2.5。本专利技术的一种稀土储氢材料，其特征在于其组成通式中，0.35≤a≤0.6，0＜b≤0.35，0.1≤c≤0.4，1.9≤x≤2.1，0≤y≤0.3，1.9≤x+y≤2.1。本专利技术的一种稀土储氢材料，其特征在于所述的稀土储氢材料是具有AB2型的钇-镁-镍基稀土储氢材料。本专利技术的一种稀土储氢材料，其特征在于所述的稀土储氢材料具有AB2型(Y,A,Mg)(Ni,B)2相、A2B4型(Y,A)Mg(Ni,B)4相和AB3型(Y,A,Mg)(Ni,B)3相的混合相结构，且以AB2型(Y,A,Mg)(Ni,B)2相为主相。本专利技术的一种稀土储氢材料的制备方法，其特征在于其制备的步骤包括：(1)配制合金原料；(2)将除Mg之外的金属原料，在氩气保护下，进行熔炼、精炼、铸锭；(3)将得到的铸锭和金属Mg，在保护气氛下，进行熔炼，冷却后得到合金铸锭；(4)将所得合金铸锭于真空或氩气气氛下进行退火处理。本专利技术的一种稀土储氢材料的制备方法，其特征在于所述的合金原料的纯度大于99.5％。本专利技术的一种稀土储氢材料的制备方法，其特征在于所述的合金原料中照化学计量比计算，金属Mg需增加配料质量的30％～60％的烧损量，易挥发的稀土元素和Mn元素增加配料质量的0.5％～5％的烧损量；其它合金原料依照化学计量比计算并称重。本专利技术的一种稀土储氢材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)是在氩气保护下，1400℃～1800℃条件下进行熔炼，合金完全熔化后，精炼3～10min，冷却后得到合金铸锭，反复熔炼1～3次。本专利技术的一种稀土储氢材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(3)将得到的铸锭加入金属Mg后，抽真空至1×10-1～5×10-4Pa，通入0.01～0.1MPa氦气或氩气/氦气混合气体作为保护气，在1000℃～1600℃条件下进行熔炼，冷却后得到合金铸锭，反复熔炼1～3次。本专利技术的一种稀土储氢材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(4)是将所得合金铸锭于真空或氩气气氛下进行退火处理，退火温度为700℃～950℃，保温时间为8～24小时。本专利技术的一种AB2型钇-镁-镍基稀土储氢材料，A侧通过Mg部分替代，可显著改善合金中AB2相的结构稳定性，减少合金氢致非晶化和氢致歧化。同时采用较大原子半径的Al、Mn等替代Ni元素，增大合金的晶胞体积，从而增加合金的储氢量。本专利技术的材料具有良好的可逆吸放氢特性，最大储氢量大于1.6wt.％。附图说明图1是实施例1、2、8和对比例1、2、3储氢合金可逆吸氢动力学性能曲线。具体实施方式提供以下实施例是为了进一步解释本专利技术，但本专利技术的保护范围并不限于以下实施例。一种稀土储氢材料，其稀土储氢材料为组成通式为YaAbMgcNixBy的钇-镁-镍基储氢材料；其组成通式中A为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd中一种或几种元素，B为Al、V、Mn、Fe、Co、Cu、Zn中的一种或几种元素，其中0.3≤a＜1，0＜b≤0.4，0.05≤c≤0.4，a+b+c＝1，1.5≤x≤2.5，0≤y≤0.5，1.5≤x+y≤2.5。优选的0.35≤a≤0.6，0＜b≤0.35，0.1≤c≤0.4，1.9≤x≤2.1，0≤y≤0.3，1.9≤x+y≤2.1。本专利技术的一种稀土储氢材料，具有AB2型(Y,A,Mg)(Ni,B)2相、A2B4型(Y,A)Mg(Ni,B)4相和AB3型(Y,A,Mg)(Ni,B)3相的混合相结构；混合相结构以AB2型(Y,A,Mg)(Ni,B)2相为主相。本专利技术的一种稀土储氢材料的制备方法，其制备过程包括以下步骤：(1)将纯度不低于99.5％的合金原料依照化学计量比计算并称重，其中金属Mg需增加配料质量的30％～60％的烧损量，稀土元素和Mn等易挥发元素需增加配料质量的0.5％～5％的烧损量；(2)将除Mg之外的金属原料，在氩气保护下，1400℃～1800℃条件下进行熔炼，合金完全熔化后，精炼3～10min，冷却后得到合金铸锭，反复熔炼1～3次；(3)加入金属Mg，抽真空至1×10-1～5×10-4Pa，通入0.01～0.1MPa氦气或氩气/氦气混合气体作为保护气，在1000℃～1600℃条件下进行熔炼，冷却后得到合金铸锭，反复熔炼1～3次。(4)将所得合金铸锭于真空或氩气气氛下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土储氢材料，其特征在于其稀土储氢材料为组成通式为Y

【技术特征摘要】
1.一种稀土储氢材料，其特征在于其稀土储氢材料为组成通式为YaAbMgcNixBy的钇-镁-镍基储氢材料；其组成通式中A为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd中一种或几种元素，B为Al、V、Mn、Fe、Co、Cu、Zn中的一种或几种元素，其中0.3≤a＜1，0＜b≤0.4，0.05≤c≤0.4，a+b+c＝1，1.5≤x≤2.5，0≤y≤0.5，1.5≤x+y≤2.5。


2.根据权利要求1所述的一种稀土储氢材料，其特征在于其组成通式中，0.35≤a≤0.6，0＜b≤0.35，0.1≤c≤0.4，1.9≤x≤2.1，0≤y≤0.3，1.9≤x+y≤2.1。


3.根据权利要求1所述的一种稀土储氢材料，其特征在于所述的稀土储氢材料具有AB2型(Y,A,Mg)(Ni,B)2相。


4.根据权利要求1所述的一种稀土储氢材料，其特征在于所述的稀土储氢材料具有AB2型(Y,A,Mg)(Ni,B)2相、A2B4型(Y,A)Mg(Ni,B)4相和AB3型(Y,A,Mg)(Ni,B)3相的混合相结构，且以AB2型(Y,A,Mg)(Ni,B)2相为主相。


5.根据权利要求1所述的一种稀土储氢材料的制备方法，其特征在于其制备的步骤包括：
(1)配制合金原料；
(2)将除Mg之外的金属原料，在氩气保护下，进行熔炼、精炼、铸锭；
(3)将得到的铸锭和金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑慧萍，沈浩，蒋利军，王树茂，李志念，郝雷，叶建华，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11