镁基储氢材料，包括镁或镁基储氢合金以及氢解吸催化剂，所述氢解吸催化剂不溶于所述镁基储氢合金并具有下列形式：１）在所述镁或镁基储氢合金块体中的离散分散的催化材料区；２）在所述镁或镁基储氢合金颗粒表面上的离散分散的区域；３）在块体形式或颗粒形式的所述镁或镁基储氢合金表面上连续或半连续催化材料层；或４）其组合。还公开了制备该材料的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及储氢材料，更具体涉及镁基储氢材料，其中由在所述镁基储氢材料中不溶的材料催化氢解吸。所述不溶性催化材料可以是下列形式：1)在储氢材料块体中离散分散的催化材料区域；2)在储氢材料颗粒表面上的离散分散区域；3)在块状或颗粒状储氢材料表面上的连续或半连续催化材料层；或4)其组合。
技术介绍
日益增长的能量需求迫使专家们认识到这样的事实，即传统能源，比如煤、石油或天然气并不是无穷无尽的，或者至少它们的成本一直都在增加，以及可取的做法是用氢代替这些传统能源。氢可以例如代替烃用作内燃机的燃料。在此情况下，优点在于消除了由于烃燃烧时形成的碳氧化物、氮氧化物和硫氧化物对大气的污染。氢也可以用来为氢-空气燃料电池提供燃料，以产生电动马达所需的电力。采用氢面临的问题之一是它的存储和运输。人们已经提出了许多解决方案：可以将氢在高压下储存在钢气瓶里，但这种方法缺点在于需要危险笨重、难以搬运的容器(另外，储存能力低，大约是1重量％)。氢也可以储存在低温容器内，但这必然伴有和采用低温液体相关的缺点；比如，例如，容器成本高而且也需要小心搬运。另外，每天有大约2-5％的“蒸发”损失。储存氢的另一种方法是将其以氢化物形式储存，然后氢化物在合适时间分解以供给氢。如法国专利No.1529371所述，以及以此方式采用了铁-钛氢化物、镧-镍氢化物、钒氢化物和镁氢化物。由于最初发现氢可以以安全致密固态金属氢化物形式储存，所以研究人员一直在设法制备具有最优性能的储氢材料。一般而言，这些研究人员正在致力实现的理想材料性质是：1)高的储氢能力；2)轻质材料；3)合适的氢吸收/解吸温度；4)合适的吸收/解吸压力；5)-->快速吸收动力学；和6)吸收/解吸循环寿命长。除了这些材料性质以外，理想的材料应该便宜、容易制造。MgH2-Mg系统由于具有最高重量百分比(7.65重量％)的理论储氢能力以及因而单位重量储存材料具有最高的理论能量密度(2332Wh/Kg；Reilly&Sandrock，Spektrum der Wissenschaft，1980年4月，53)，所以是可用作可逆储氢系统的所有已知金属氢化物和金属系统中最合适的。尽管这种性质以及镁较低的价格使MgH2-Mg对于运输、对于氢动力车辆而言似乎是最优的储氢系统，但直到现在其让人无法满意的动力学阻止了它的应用。例如已知纯镁只能在大约400℃的剧烈条件下氢化，而且只能极其缓慢地、不完全地氢化。所得氢化物的脱氢速率对于储氢材料而言也是不能接受的(Genossar&Rudman，Z.f.Phys.Chem.，Neue Folge 116，215(1979)，和其中引用的文献)。而且，在充/放循环过程中，镁储氢材料(magnesium reserve)的储氢能力减弱。这种现象可以通过表面的逐步中毒得到解释，表面中毒导致在充入期间氢不能接近位于储氢材料内部的镁原子。为了排出传统镁或镁/镍储氢系统中的氢，要求高于250℃的温度，同时有大量的能量供应。排出氢所需的高温水平和高能量要求，导致例如具有内燃机的机动车辆不能单独由这些合金操作。这是因为尾气所蕴含的能量，在最有利情况下(满载荷)，由镁或镁/镍合金仅仅足以满足内燃机对氢要求的50％。因此，剩下的氢需求必须从另一种氢化物合金处得到满足。例如，这种合金可以是钛/铁氢化物(典型的低温氢化物储氢材料)，它可以在低至0℃以下的温度操作。这些低温氢化物合金的缺点在于储氢能力低。过去人们已经开发了储氢材料，它们的储氢能力较高，但是从中排出氢要在高达约250℃的温度进行。美国专利No.4160014描述了具有式Ti[1-x]Zr[x]Mn[2-y-z]Cr[y]V[z]的储氢材料，其中x＝0.05-0.4，y＝0-1，和z＝0-0.4。在这种合金中，可以存储多达约2重量％的氢。除了所述储氢能力较低以外，这些合金的缺点还在于当使用金属钒时合金价格极高。而且，美国专利No.4111689公开了一种储氢合金，它含有31--->46重量％的钛，5-33重量％的钒和36-53重量％的铁和/或锰。尽管这种类型的合金比美国专利No.4160014(在此引入作为参考)所述合金的储氢能力大，但它们的缺点在于为了完全排出氢需要至少250℃的温度。在高达约100℃的温度，在最佳情况下能排出大约80％的氢含量。但是，由于从氢化物储氢材料中释放氢所需的热量常常只能在低温水平获得，所以工业中通常需要高的排出能力，尤其是低温下的高排出能力。和其它金属或金属合金，尤其是含有钛或镧的那些金属合金不同，镁对于储氢而言是优选的，这不仅仅是由于它的材料成本低，而且最重要的是因为其作为储氢材料的比重低。但是，一般而言，由于镁表面在空气中快速氧化形成稳定的MgO和/或Mg(OH)2表面层，所以镁更难以实现氢化。Mg+H2→MgH2这些层抑制了氢分子的分解，以及对生成的氢原子的吸收和氢原子从颗粒表面向镁储氢材料主体中的扩散。近年来，人们进行了大量研究，通过用单个外来金属比如铝(Douglass，Metall.Tran.6a，2179[1975])、铟(Mintz，Gavra，&Hadari，J.Inorg.Nucl.Chem.40，765[1978])或铁(Welter&Rudman，Scripta Metallurgica 16，285[1982])、用各种外来金属(German Offenlegungsschriften 2846672和2846673)、或者用金属间化合物比如Mg2Ni或Mg2Cu(Wiswall，Top Appl.Phys.29，201[1978]和Genossar&Rudman，op.cit)和LaNi5(Tanguy等，Mater.Res.Bull.11，1441[1976])对镁进行掺杂或合金化来提高镁的氢化能力。尽管这些努力确实在某种程度上提高了动力学，但是从所得到的系统仍然没有去除一些基本的不足。掺杂了外来金属或金属间化合物的镁的初步氢化仍然要求剧烈的反应条件，而且只有在多次氢化和脱氢循环之后，系统动力学才令人满意以及可逆氢含量才变高。为了提高动力学性质，也必需具有相当百分比的外来金属或贵重的金属间化合物。另外，这些系统的储氢能力一般远远低于MgH2的理论预期值。已知，通过加入可以有助于破坏稳定的镁氧化物的材料，也可以改善镁和镁合金的储氢质量。例如，这种合金是Mg2Ni，其中Ni看起-->来形成了不稳定的氧化物。在该合金中，热力学检测结果表明，在镍金属夹杂物上弥漫着表面反应Mg2Ni+O2→2MgO+Ni，该反应对氢分解-吸收反应起到催化作用。参考文献可以是A.Seiler等，Journal ofLess-Common Metals 73，1980，第193页及以后。对镁表面上的氢分解-吸收反应进行催化的一种可能性也在于形成两相合金，其中一相是氢化物形成体(former)，另一相是催化剂。因此，已知采用了电镀镍的镁作为储氢材料，参见F.G.Eisenberg等，Journal of Less-Common Metals 74，1980，第323页及以后。但是，在镍粘附和分布到镁表面的过程中，碰见本文档来自技高网...
【技术保护点】
镁基储氢材料，包括：镁或镁基储氢合金；和氢解吸催化剂，其中所述氢解吸催化剂不溶于所述镁基储氢合金并具有下列形式：１）在所述镁或镁基储氢合金块体中的离散分散的催化材料区；２）在所述镁或镁基储氢合金颗粒表 面上的离散分散的区域；３）在块体形式或颗粒形式的所述镁或镁基储氢合金表面上的连续或半连续催化材料层；或４）其组合。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-12-11 10/735,2401、镁基储氢材料，包括：镁或镁基储氢合金；和氢解吸催化剂，其中所述氢解吸催化剂不溶于所述镁基储氢合金并具有下列形式：1)在所述镁或镁基储氢合金块体中的离散分散的催化材料区；2)在所述镁或镁基储氢合金颗粒表面上的离散分散的区域；3)在块体形式或颗粒形式的所述镁或镁基储氢合金表面上的连续或半连续催化材料层；或4)其组合。2、权利要求1的镁基储氢材料，其中所述镁基储氢合金包括至少80原子％的镁。3、权利要求2的镁基储氢材料，其中所述镁基储氢合金还包括铝。4、权利要求1的镁基储氢材料，其中所述氢解吸催化剂包括铁。5、权利要求4的镁基储氢材料，其中所述氢解吸催化剂还包括选自B、Cu、Pd、V、Ni、C、Mn、Zr、Rb、Nb、Ti、U和Sc的一种或多种元素。6、权利要求1的镁基储氢材料，其中所述氢解吸催化剂包括在所述镁或镁基储氢合金块体中的离散分散的催化材料区。7、权利要求6的镁基储氢材料，其中所述镁基储氢材料由下列步骤形成：a)将所述镁或镁基储氢合金的粉末和所述氢解吸催化剂粉末混合；b)将混合粉末压成坯体；和c)在450℃-600℃之间的温度烧结/退火所述坯体。8、权利要求7的镁基储氢材料，其中所述烧结/退火进行至少10小时。9、权利要求6的镁基储氢材料，其中所述镁基储氢材料由下列步骤形成：a)在保护性气氛中，制备所述镁或镁基储氢合金的粉末和所述氢-->解吸催化剂粉末的熔体；b)搅拌所述熔体，以确保所述氢解吸催化剂的不溶粉末悬浮在熔融镁或镁基储氢合金中；c)快速激冷所述搅拌的熔体，使得所述氢解吸催化剂的悬浮不溶粉末在固化的镁或镁基储氢合金中良好分布。10、权利要求1的镁基储氢材料，其中所述氢解吸催化剂包括在所述镁或镁基储氢合金颗粒表面上的离散分散区域。11、权利要求10的镁基储氢材料，其中所述镁基储氢材料由以下步骤形成：a)将所述镁或镁基储氢合金的粉末和所述氢解吸催化剂的粉末混合；和b)在磨碎机中使该混合物机械合金化，使得所述氢解吸催化剂的粉末颗粒嵌入在至少所述镁或镁基储氢合金的粉末颗粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：MA费琴科，杨国雄，董正忠，SR奥夫辛斯基，
申请(专利权)人：特克萨科双向氢系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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