本发明专利技术公开了一种制氢用的Al‑Ga‑In‑Sn‑Si合金及其制备工艺，其为向可水解制氢的Al‑Ga‑In‑Sn合金中引入单质硅以得到目的合金Al‑Ga‑In‑Sn‑Si，其中Si的含量在0.2‑1.5wt％。研究表明，Si掺杂的铝合金具有良好的产氢性能，合金与水接触能立即产生氢气，反应没有迟滞时间。Al‑Ga‑In‑Sn‑Si合金具有稳定的产氢速率，可用于在线水解供氢。
【技术实现步骤摘要】
制氢用的Al-Ga-In-Sn-Si合金及其制备工艺
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-Si合金及其制备工艺。
技术介绍
当前，化石燃料诸如煤炭、石油、天然气等是人类生产生活过程中的主要应用能源，开采技术成熟、使用便捷并且可直接利用使得化石燃料在传统能让当中扮演不可替代的角色。随着社会发展和人类经济水平的提高，使得化石燃料的可开采储量逐年降低。专家统计数据显示，世界上石油储量仅供开采50年；煤炭作为电能和热能的主要来源，世界煤炭总储量仅为八千多亿吨，可供人类继续使用大约200年的时间；天然气的总储量约为180多万亿m3，按以往开采进程来看，数十年后，天然气也必然面临日渐枯竭。除世界探明储量对化石燃料应用的制约之外，化石燃料的大规模燃烧和开采对环境带来的危害，如温室效应、酸雨等更是不容小觑。因此，寻找不同形式新能源替代人类对化石燃料能源的应用需求迫在眉睫。所谓新能源主要包括太阳能、风能、水能、生物能、潮汐能、地热能、核能、氢能源等，其主要特征如下:1)小规模或并没有作为能源开发利用；2)资源储存条件与常规能源有明显区别；3)清洁环保，污染排放量低；4)能源储量大、分布范围广。其中氢能，一种未来能源，具有绿色、高效、可循环等优点，是能源载体和燃料。氢能的利用由氢的生产、存储和运输三部分组成，用可再生能源制氢，用储氢材料储氢，用氢燃料电池发电，由此形成的氢能系统可广泛作为分布式电池使。目前，氢能的利用形式主要是：工业应用、氢核聚变能的利用、宇航推动、车船飞机动力等。氢能的能量密度高，可以是汽油的3倍左右，这中自重轻的燃料对于航天飞机是极为有利的。现在正在研究的一种“固态氢”宇宙飞船，这种固态氢可以作为结构材料也可作为动力原料，这样的结构能让宇宙中的飞船飞行更长的时间在电解水制氢、生物质原料制氢、太阳能光解水制氢、甲烷重整制氢等氢气制备方法探索过程中，氢气的储存和运输问题是制约氢气在各领域发展应用的关键因素。目前常见的氢气存储方法可分为物理储氢和化学储氢两大类，其中物理方法包括低温液氢存储法、吸附法和高压奇台存储法；化学方法包括金属氢化物储氢和有机液态氢化物储氢。但以上存储方法成本高、操作繁琐，同时对相关操作条件和装备设置等都提出了更高的要求，降低氢气在各方面的使用效率，限制了氢气应用范围。针对当前氢气在存储和运输中各类问题的出现，“在线供氢系统”应运而生。所谓的在线供氢系统，即实现氢气的即产即用，在解决氢气存储和运输问题的同时，减少氢气不必要损耗，节约氢能应用成本，是当前氢气在各领域广泛应用的重要参考模式。金属铝属于轻质金属，有较高的能量密度，活化后的金属铝有效避免了表面致密氧化膜的制约作用，实现较高能量转化，是在线供氢系统中制氢原料的有力选择。合金化富铝合金水解活性相对较高，有较高的能量转化率和释氢速率。但在富铝合金中掺杂的稀贵金属Ga，In等使得合金的生产成本增加，不利于大规模的工业化生产；其次针对在线供氢系统的应用，对合金水解释氢速率的有效调控要求提高。一种制氢用的Al-Ga-In-Sn-Si合金及其制备工艺可以避免以上问题，并且节约合金生产制备成本和应用成本，提高富铝合金在氢能源领域的弹性应用。但是现有关于铝镓合金产氢的研究中，合金的产氢速率都不稳定，产氢速率曲线类似于抛物线，难以平稳应用。Si有无定形硅和晶体硅两种同素异性体，分布呈黑色和灰黑色，密度为2.32-2.34g/cm3，熔点1410℃，是地壳中第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4％，仅次于氧(49.4％)，在宇宙中的储量排在第八位，对其应用具有广泛的前景。
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-Si合金及其制备工艺，可以充分且平稳的进行水解制氢，推进铝水解制备高纯氢气的实用性。本专利技术采用Si掺杂Al-Ga-In-Sn合金，制备产氢速率稳定的Al-Ga-In-Sn-Si合金。为实现上述专利技术目的的一个方面，本专利技术提供的制氢用的Al-Ga-In-Sn-Si合金采用如下技术方案：一种Al-Ga-In-Sn-Si合金，其为向可水解制氢的Al-Ga-In-Sn基合金中引入单质硅以得到目的合金Al-Ga-In-Sn-Si，其中Si的含量在0.2-1.5wt％，比如0.5wt％、0.6wt％、0.8wt％、1.0wt％、1.2wt％或1.4wt％。在本专利技术中，向所述Al-Ga-In-Sn合金中引入Al2O3粉体，既可以是在制备Al-Ga-In-Sn合金的金属原料中混入Si，也可以是向Al-Ga-In-Sn合金产品中通过熔融后重新混入Si，优选前者，最后得到Al-Ga-In-Sn-Si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，为更好的在保证铝合金材料产氢总量的情况下兼顾利用Al-Ga-In-Sn改善其水解制氢的稳定性，在一种优选地实施方式中，所述Al-Ga-In-Sn合金可以包括85wt％-97wt％，比如87wt％、90wt％、92wt％或94wt％的铝、1wt％-5.5wt％，比如2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％的镓、1-9wt％，比如2wt％、3wt％、4wt％、5wt％或6wt％的In，1-9wt％，比如2wt％、3wt％、4wt％、5wt％或6wt％的Sn；进一步优选地，In和Sn的总含量为5-10wt％，比如6wt％、7wt％或8wt％。根据本专利技术的合金，优选地，所述的Al-Ga-In-Sn-Si合金中，铝含量为85-95wt％，比如87wt％、90wt％或92wt％，进一步优选为87-93wt％；金属镓的质量分数为1.5-5wt％，比如2wt％、2.5wt％或3wt％，进一步优选为2-3.5wt％；In和Sn的总含量为5-9wt％，比如5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、7.5wt％或8wt％，进一步优选为6-8wt％；硅的含量为0.4-1.2wt％，进一步优选为0.5-1.0wt％，比如,0.8wt％等。所述的Al-Ga-In-Sn-Si合金中，金属In和Sn除极少量淬入到基体中以外主要用于形成In3Sn、InSn4两种形式的金属中间化合物；金属Ga在Al中有一定固溶度，在合金中主要以Al(Ga)固溶体、GIS(Ga-In-Sn)低熔点共晶体以及Ga-In3Sn或者Ga-InSn4混合物的形式存在；优选地，为使制备的Al-Ga-In-Sn-Si合金中更好的包含In3Sn金属中间化合物，其中In:Sn的用量比优选为1:3-3:1，更优选1:1-3:1。任选的，本领域技术人员理解，所述Al-Ga-In-Sn-Si合金中还可以含有选自金属铋、锌、铁、铜、镁和钛中一种或多种的X金属组分，以替代部分的镓、铟和锡，从而减少贵金属用量，其中，所述替代金属的含量不大于7wt％，优选地，所述X金属组分含量不超过5wt％本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制氢用的Al-Ga-In-Sn-Si合金，其特征在于，向可水解制氢的Al-Ga-In-Sn合金中引入单质硅以得到目的合金Al-Ga-In-Sn-Si，其中Si的含量在0.2-1.5wt％。/n
【技术特征摘要】
20190619 CN 20191053376011.一种制氢用的Al-Ga-In-Sn-Si合金，其特征在于，向可水解制氢的Al-Ga-In-Sn合金中引入单质硅以得到目的合金Al-Ga-In-Sn-Si，其中Si的含量在0.2-1.5wt％。
2.根据权利要求1所述的Al-Ga-In-Sn-Si合金，其特征在于，所述Al-Ga-In-Sn合金包括85wt％-97wt％的铝、1wt％-5.5wt％的镓、1-9wt％的In，以及1-9wt％的Sn；进一步优选地，In和Sn的总含量为5-10wt％。
3.根据权利要求2所述的Al-Ga-In-Sn-Si合金，其特征在于，所述的Al-Ga-In-Sn-Si合金中，铝含量为85-95wt％，优选为87-93wt％；镓的含量为1.5-5wt％，优选为2-3.5wt％；In和Sn的总含量为5-9wt％，优选为6-8wt％；硅的含量为0.4-1.2wt％，优选为0.5-1.0wt％。
4.根据权利要求1-3中任一项所...
【专利技术属性】
技术研发人员：高钱，安琦，魏际伦，刘州，王宏超，
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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