一种镁基储氢材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于储氢材料技术领域，具体涉及一种镁基储氢材料，并进一步公开其制备方法。本发明专利技术所述氢化镁储氢材料，采用了熔融金属喷射沉积技术制得颗粒尺寸均匀的镁粉微球，颗粒粒径小且均匀，相比传统研磨法制得镁粉，具有更大的表面积；随后在镁粉和石墨处于悬浮运动状态的情况下完成了混合和加氢反应处理，所得氢化镁与石墨混合均匀性好，产物粒径小且均匀，可有效提高氢化镁储氢材料的氢气脱附/吸附性能；而通过将所述储氢材料压制成片剂，便于物料的装填和卸出，同时均匀的颗粒可以降低在储罐中的架桥现象，避免了架桥导致的传热效果下降。降。

【技术实现步骤摘要】
一种镁基储氢材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于储氢材料
，具体涉及一种镁基储氢材料，并进一步公开其制备方法。

技术介绍

[0002]氢能是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量，以其具有安全、方便、廉价等优点而倍受人们青睐，是21世纪重要的二次能源。然而，由于氢气的体积能量密度非常低，远低于汽油，导致氢气的贮存和运输极为困难，尤其是成本较高，极大的限制了氢能的应用。而随着氢能正在走向人类能源消费的前台，如何更好的解决氢气贮存和运输问题是非常迫切的。
[0003]据研究，一些金属化合物具有异乎寻常的储氢能力，如稀土类化合物(LaNi5)、钛系化合物(TiFe)、镁系化合物(Mg2Ni)以及钒、铌、锆等金属合金。这些化合物可以像海绵吸水一样大量吸收氢气，并且安全可靠，人们形象地称之为储氢金属。其中，氢化镁(MgH2)由于储氢容量高(～7.6wt％)、储量丰富、价格低廉、质量轻和可逆性好，并且在干燥空气中非常稳定，运输很容易等优势，被广泛认为是目前最具应用前景的储氢材料之一。相比较传统的高压气态储运氢技术，不仅具有显著的安全优势，且能够达到多方面的应用要求。
[0004]科学家虽然于1912年就合成了氢化镁材料，且围绕氢化镁的合成已经有众多的文献资料，但是，多数研究学者依然认为，氢化镁的吸放氢动力学性能依然较差，严重阻碍了它的应用，分析其原因主要包括：(1)镁非常活泼，容易在合金表面形成致密的MgO或Mg(OH)2，阻碍了氢分子的活化解离；(2)氢在镁表面的吸附解离速率较慢；(3)氢在氢化镁的扩散速度较慢。尤其是如果镁颗粒尺寸较大，反应初期形成的氢化镁会包裹覆盖未氢化的镁颗粒表面，造成氢化速率缓慢，导致部分镁不能转化为氢化镁。
[0005]目前文献报道的对于氢化镁的制备方法，通常是采用机械研磨的方式，如《通过机械合金化形成金属氢化物》(J.Of Alloys and Compoμnds，217(1994)，181)，《通过与石墨碳一起机械研磨得到的镁复合材料的氢化
‑
脱氢行为》(internal joμrnal of hydrogen energy，25(2000)837
‑
843)等。如下表中列出了目前已有文献报道的基于金属镁生成氢化镁的相关数据。总结现有文献，将镁粉完全转化为氢化镁，通常需要10小时以上。
[0006][0007]另外，在进行了一定次数的氢气吸附/脱附循环后，储氢金属材料会发生爆裂现象，爆裂是由金属氢化物和氢化物中的金属之间密度差而造成的机械应力引起的龟裂。一方面，由于镁的氢化反应是强烈的放热反应，需要快速将热量导出，从而加速镁的氢化反应；另一方面，氢化镁的放氢是强吸热反应，需要外界的热源输入热量。因此，在这一进一出的反应过程中，传热成为需要解决的首要问题。

技术实现思路

[0008]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种镁基储氢材料，所述储氢材料具有较好的氢气脱附/吸附性能；
[0009]本专利技术所要解决的第二个技术问题在于提供上述镁基储氢材料的制备方法，所述方法可以较为便捷的制备氢化镁储氢材料，并且导热性和机械强度较佳。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术所述的一种镁基储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)采用熔融金属喷射沉积技术制备镁粉微球；
[0012](2)取所述镁粉微球加入石墨混匀，并进行氢化反应处理；
[0013](3)将所得氢化镁材料压制成型，即得。
[0014]具体的，所述步骤(1)中，控制所述镁粉微球的颗粒尺寸小于等于3μm。
[0015]具体的，所述步骤(1)中，所述熔融金属喷射沉积技术具体包括：将电解金属镁在氮气气氛保护下进行熔融，熔融金属流向雾化器，镁液与雾化器喷嘴的氮气相遇，被高速气流破碎成细小的金属液滴，随后在飞行过程中被周围环境中的冷氮降温形成微球(金属液滴实际是在表面张力作用下形成的微球，冷氮是加速冷却作用)，随后，金属镁微球掉落在液氨中，当液氨槽中的镁微球积累到预定量后，停止上述操作，并对槽中的镁微球进行分离，选取颗粒尺寸小于等于3μm的镁微球待用，其余镁微球则返回电炉作为镁原料重复使用，得到颗粒尺寸比较均匀的镁粉微球。
[0016]具体的，所述步骤(1)中：
[0017]所述镁液的温度大于700℃；镁液流淌的管路应有加热措施，以免部分镁液与管路接触降温形成堵塞喷头的块状物；
[0018]高速气流的压力控制在1
‑
2MPa，流速控制在500
‑
800m/s；
[0019]冷氮由上向下喷入，控制沉积器内温度在
‑
30℃至
‑
20℃。
[0020]具体的，所述步骤(2)中，所述石墨的加入量占镁粉微球用量的3
‑
5wt％。
[0021]优选的，所用石墨是微粉石墨，优选1μm大于60％或2μm大于60％的微粉石墨，石墨应在120
‑
130℃干燥至恒重，以脱除吸附的水份。
[0022]具体的，所述步骤(2)中，所述氢化反应步骤中，保持反应器出口温度为250
‑
350℃，氢气压力8
‑
10MPa，气流速度控制在0.2
‑
0.3m/s，保持此状态时间为2
‑
8h。
[0023]具体的，所述步骤(2)中，所述氢化反应步骤中，由下向上通入氢气，并使反应器内物料颗粒处于悬浮运动状态。
[0024]具体的，所述步骤(3)中，所述压制成型步骤包括压制成片剂、丸剂或规则颗粒形状，优选为片剂。压制成型所得颗粒的直径推荐在3
‑
6mm，高度与直径相同。压制所用设备，应具有预压、保压延时和脱模延时功能，最大压制力150
‑
200kN。所得片剂的侧压破碎强度
应大于80N/颗，优选大于100N/颗。
[0025]本专利技术还公开了由所述方法制备得到的镁基储氢材料。
[0026]本专利技术所述氢化镁储氢材料，采用了熔融金属喷射沉积技术制得颗粒尺寸均匀的镁粉微球，颗粒粒径小且均匀，相比传统研磨法制得镁粉，具有更大的表面积；随后在镁粉和石墨处于悬浮运动状态的情况下完成了混合和加氢反应处理，所得氢化镁与石墨混合均匀性好，产物粒径小且均匀，可有效提高氢化镁储氢材料的氢气脱附/吸附性能；而通过将所述储氢材料压制成片剂，便于物料的装填和卸出，同时均匀的颗粒可以降低在储罐中的架桥现象，避免了架桥导致的传热效果下降。
具体实施方式
[0027]实施例1
[0028]将电解金属镁在氮气气氛保护下熔融，当镁液温度达到750℃后，将倒入导流坩埚，镁液在重力作用下流向雾化器，镁液与雾化器喷嘴的氮气相遇，被高速气流破碎成细小的金属液滴，高速气流的压力控制在2MPa，流速控制在800m/s，随后在飞行过程中被周围环境中的冷氮降温形成微球，冷氮由上向下喷入，控制沉积器内温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用熔融金属喷射沉积技术制备镁粉微球；(2)取所述镁粉微球加入石墨混匀，并进行氢化反应处理；(3)将所得氢化镁材料压制成型，即得。2.根据权利要求1所述镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，控制所述镁粉微球的颗粒尺寸小于等于3μm。3.根据权利要求1或2所述镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述熔融金属喷射沉积技术具体包括：将电解金属镁在氮气气氛保护下进行熔融，熔融金属流向雾化器，镁液与雾化器喷嘴的氮气相遇，被高速气流破碎成细小的金属液滴，随后在飞行过程中被周围环境中的冷氮降温形成微球，随后，金属镁微球掉落在液氨中，当液氨槽中的镁微球积累到预定量后，停止上述操作，并对槽中的镁微球进行分离，选取颗粒尺寸小于等于3μm的镁微球待用，其余镁微球则返回电炉作为镁原料重复使用，得到颗粒尺寸比较均匀的镁粉微球。4.根据权利要求3所述镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中：所述镁液的温度大于700℃；高速气流的压力控制在1
‑
2MPa，流速控制在500
‑
800m/s；冷氮由上向下喷入，控制沉积器内温度在
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，姜建波，薛红霞，白志敏，梁卫忠，王民，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司，
类型：发明
国别省市：