本发明专利技术公开了一种制氢用的Al‑Ga‑In‑Sn‑Mn合金及其制备工艺，其为向可水解制氢的Al‑Ga‑In‑Sn合金中引入金属锰以得到目的合金Al‑Ga‑In‑Sn‑Mn，其中Mn的含量不大于10wt％；任选地，所述Al‑Ga‑In‑Sn‑Mn合金还含有由铁、铜和铋组成的杂质，所述杂质的含量不大于1wt％。研究表明，Mn掺杂的铝合金具有良好的产氢性能。
【技术实现步骤摘要】
制氢用的Al-Ga-In-Sn-Mn合金
本专利技术属于铝合金的水解制氢领域，具体涉及一种产氢速率平稳的Al-Ga-In-Sn-Mn合金及其制备工艺方法。
技术介绍
随着人们对能源需求的不断增加，能源的消费结构不断变化，人们经历了生物质能、煤炭、石油等多个不同形式能源需求阶段。当今世界，能源和环境问题(譬如近年来经常出现的雾霾天气)日益受到人们的重视。传统化石燃料燃烧带来的空气污染、温室效应等问题日趋得到人们的关注，这些不可再生矿物资源的短缺更使人们努力寻求开发新的清洁能源。氢能由于其燃烧产物只有水，并且还可再次分解水产氢，被公认为清洁能源。氢是最轻元素，标准状态下，密度只有0.084g/m3且无毒、无腐蚀性。而且氢具有非常高的燃烧热值，燃烧1kg氢气产生的热量等同于2.4kg甲烷或3kg汽油所产生的热量。同时，氢的来源十分广泛，可通过多种途径制取，转化成其他各种形式的能量，这就在很大程度上促进了它的发展和应用。当今，高端尖的宇宙探索，军事领域的武器，越来越多的见到了氢能利用的身影，这些对技术整体性能有着严格要求的领域再次证明了氢能的巨大优势。但是，氢气的运输和贮存目前还存在一些问题，氢气属于易燃易爆气体，在空气中极不稳定，易发生爆炸。因此，氢气的储存运输是目前限制氢气发展的重要因素。氢的储存运输一般可以分为以下三种方式：第一种是气体储氢技术，即将气体氢压缩后储存在高压容器中，缺点是钢瓶储存氢气的容积小、储存量小，并且有爆炸的危险；第二种为液态储氢技术，即将氢气由气态转变为液态，储存在绝热容器中，缺点是液体的储存箱较为庞大，需要非常良好的绝热装置，否则将容易发生渗透；第三种是固体储氢技术，即氢气与储氢材料通过化学或者物理的手段结合在一起的一种储氢方式，不但能够有效的克服气、液两种储存方式的不足之处，而且储氢密度大、运输方便、安全度高、操作容易。在固体储氢技术中，金属铝以其优异的性能脱颖而出。铝是地球上含量最多的元素之一，其储量丰富，具有很高的能量密度，广泛受到了科学家的关注。理论上，金属铝可以与水反应直接制得高纯度氢气，但是由于其表面具有氧化膜所以严重限制了反应的进一步进行。目前的主要任务是研究如何破坏氧化膜，使反应继续进行。现行的办法主要有以下几种：使铝直接与酸碱进行反应；铝与其它物质进行球磨；通过表面改性的方法等，从而除去表面的氧化膜，制得氢气。但是上述方法存在对反应容器要求高、能耗大等缺点。所以铝水解制氢的新方法还在不断探索中。美国Woodall教授经过大量的实验发现，利用Al和Ga形成的二元合金可在室温下与水进行反应，产生氢气，但是其产氢性能并不是太理想；随后研究显示向Al-Ga二元合金中掺入了In和Sn制备的四元合金中由于形成了金属化合物In3Sn，具有非常好的产氢性能，然而由于金属In需求量大，成本较高。生活中，我们常常会发现有许多废物回收站堆放着大量的回收金属，这些回收金属中最常见的就是铝合金，废铝合金对于现在的资源、环境和经济都造成压力。目前实验室在进行富铝合金制氢材料的研究时所用的都是经过工业电解生产的纯铝。废铝合金中常见的杂质元素为铁，Fe以FeAl3形式存在，相对铝基体呈阳极性，易于铝基体形成腐蚀微电池，降低合金利用率。合金元素锰既可溶于α铝固溶体中起强化作用，也可与铝形成弥散的金属间化合物MnAl6，阻碍晶粒长大，起细化晶粒的作用。加入锰后Fe元素以(Fe、Al)Mn6形式存在，消除部分杂质元素Fe带来的影响。另外，锰还可以促进低共熔体的形成，削弱杂质元素Fe，Cu，Bi等的有害影响，如能将其应用于产氢铝合金将会非常有意义。另外，为了进一步提高铝合金的产氢性能，目前常用的方式还有将铝合金制成粉末状产品，但其运输与存储方面明显存在不足。相比之下，合金块体运输和存储更加方便，它不怕远途运输，也不会因为纯度不够而发生爆炸现象，只要简单的包装，隔绝空气与水，就可以实现长时间的运输和存储，具有非常的好的应用和发展前景。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于一种制氢用的Al-Ga-In-Sn-Mn合金，以改善铝合金产氢性能。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的制氢用的Al-Ga-In-Sn-Mn合金采用如下技术方案：一种制氢用的Al-Ga-In-Sn-Mn合金，向可水解制氢的Al-Ga-In-Sn合金中引入金属锰以得到目的合金Al-Ga-In-Sn-Mn，其中Mn的含量不大于10wt％；任选地，所述Al-Ga-In-Sn-Mn合金还含有由铁、铜和铋组成的杂质，所述杂质的含量不大于1wt％。本领域技术人员理解，由铁、铜和铋三种金属组分组成的杂质中，当Al-Ga-In-Sn-Mn合金中不含有这三种金属组分中的一种或两种，所述杂质的含量即为三种组分中剩余的组分的含量。在本专利技术中，向所述Al-Ga-In-Sn合金中引入Mn，既可以是在制备Al-Ga-In-Sn合金的金属原料中混入Mn，也可以是向Al-Ga-In-Sn合金产品中通过熔融后重新混入Mn，优选前者，最后得到Al-Ga-In-Sn-Mn的铝合金材料。在本专利技术中，可水解制氢的Al-Ga-In-Sn合金为本领域所熟知那些其中铝可直接与水进行水解反应制氢的Al-Ga-In-Sn合金，为本领域熟知。本专利技术中，所述Al-Ga-In-Sn合金可以包括75wt％-96wt％，比如80wt％、85wt％、87wt％、90wt％或94wt％的铝；2wt％-8wt％，比如2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％的镓；2-17.5wt％，比如3wt％、5wt％、10wt％、12wt％或15wt％的In和Sn；其中，铟与锡的物质的量之比为1:4.5～3:1，例如1:4、1:1、3:1、1:4.1、1:1.5或2.5:1。根据本专利技术的合金，优选地，所述的Al-Ga-In-Sn-Mn合金中，铝含量为80-95wt％，比如85wt％、90wt％或92wt％；金属镓的质量分数为2-5wt％，比如2.5wt％、3wt％或4wt％；In和Sn的总含量为2-17wt％，比如3wt％、5wt％、10wt％、12wt％或16wt％；锰的含量为0.01-5wt％，比如0.1、0.5wt％、1wt％、2wt％或4wt％。根据本专利技术的Al-Ga-In-Sn-Mn合金，优选地，所述的Al-Ga-In-Sn-Mn合金中，铝含量为80-92wt％；镓的含量为2-5wt％；In和Sn的总含量为5-15wt％；猛的含量为0.1-5wt％。根据本专利技术的Al-Ga-In-Sn-Mn合金，优选地，所述Al-Ga-In-Sn-Mn合金中，杂质含量不小于0.01wt％、不小于0.05wt％或不小于0.1wt％时，比如0.2wt％、0.5wt％或0.8wt％时，所述猛的含量为杂质含量的5-25倍，比如6倍、8倍、15倍或22倍，优选10-20倍。本专利技术中，所述Al-Ga-In-Sn-Mn合金通过以下步骤得到：1)按配比称量各原料于器皿中，并将所述器皿置于保护气氛电阻炉中，升本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制氢用的Al-Ga-In-Sn-Mn合金，其特征在于，向可水解制氢的Al-Ga-In-Sn合金中引入金属锰以得到目的合金Al-Ga-In-Sn-Mn，其中Mn的含量不大于10wt％；任选地，所述Al-Ga-In-Sn-Mn合金还含有由铁、铜和铋组成的杂质，所述杂质的含量不大于1wt％。/n
【技术特征摘要】
1.一种制氢用的Al-Ga-In-Sn-Mn合金，其特征在于，向可水解制氢的Al-Ga-In-Sn合金中引入金属锰以得到目的合金Al-Ga-In-Sn-Mn，其中Mn的含量不大于10wt％；任选地，所述Al-Ga-In-Sn-Mn合金还含有由铁、铜和铋组成的杂质，所述杂质的含量不大于1wt％。
2.根据权利要求1所述的Al-Ga-In-Sn-Mn合金，其特征在于，所述Al-Ga-In-Sn合金包括75wt％～96wt％的铝、2wt％～8wt％的镓、以及2wt％～17.5％wt％的In和Sn，其中，铟与锡的物质的量之比为1:4.5～3:1。
3.根据权利要求1或2所述的Al-Ga-In-Sn-Mn合金，其特征在于，所述的Al-Ga-In-Sn-Mn合金中，铝含量为80-95wt％；镓的含量为2-5wt％；In和Sn的总含量为2-17wt％；猛的含量为0.01-5wt％。
4.根据权利要求3所述的Al-Ga-In-Sn-Mn合金，其特征在于，所述的Al-Ga-In-Sn-Mn合金中，铝含量为80-92wt％；镓的含量为2-5wt％；In和Sn的总含量为5-15wt％；猛的含量为0.1-5wt％。
【专利技术属性】
技术研发人员：高钱，王宏超，魏存弟，安琦，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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