一种双金属掺杂的镁基储氢材料及其制备方法技术

一种双金属掺杂的镁基储氢材料及其制备方法，其特征在于：所述材料为金属镁与另外两种金属实现掺杂的镁基储氢合金；其中，所述另外两种金属为钴、钼、钛、镍、锰中的任意两种，并且所述金属镁在所述合金中的质量百分数在84至98.5之间。本发明专利技术中的合金材料在较低的温度、压力环境下具备更好的吸、放氢能力，且多次吸、放氢过程的循环稳定性较高，合金材料在不同环境，如碱液环境中的抗腐蚀能力更强，性能更为稳定。更为稳定。更为稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种双金属掺杂的镁基储氢材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及储氢材料领域，更具体的，涉及一种双金属掺杂的镁基储氢材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业的发展和人们物质生活水平的提高，能源的需求也与日俱增。由于近几十年来使用的能源主要来自化石燃料，如煤、石油和天然气等，而其使用不可避免地污染环境，再加上其储量有限，所以寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视，以期在21世纪中叶进入“氢能经济(hydrogen economy)”时代。氢能利用需要解决以下3个问题：氢的制取、储运和应用，而氢能的储运则是氢能应用的关键。氢在通常条件下以气态形式存在，且易燃、易爆、易扩散，使得人们在实际应用中要优先考虑氢储存和运输中的安全、高效和无泄漏损失，这就给储存和运输带来很大的困难。
[0003]固态储存是利用固体对氢气的物理吸附或化学反应等作用，将氢储存于固体材料中。固态储存一般可以做到安全、高效、高密度，由于克服了高压气态储氢和低温液态储氢气的多项缺点，解决了氢气储运的安全及效率问题，是气态储存和液态储存之后，最有前途的研究发现，具有明显的市场优势。固态储存需要用到储氢材料，需找和研制高性能的储氢材料，成为固态储氢的当务之急，也是未来储氢发展和乃至整个氢能利用的关键。
[0004]储氢合金是指在一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。储氢合金由两部分组成，一部分为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素，它控制着储氢量的多少，是组成储氢合金的关键元素，主要是ⅠA～
Ⅴ
B族金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、Re(稀土元素)；另一部分则为吸氢量小或根本不吸氢的元素，它则控制着吸/放氢的可逆性，起调节生成热与分解压力的作用，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等。
[0005]目前世界上已经研制出多种储氢合金，按储氢合金材料的主要金属元素区分，可分为：稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体、锆系等。其中，镁基储氢合金因其密度小、储氢容量稿、价格低廉、金属镁的资源丰富等原因而得到了广泛应用，并成为最具发展前途的储氢材料。
[0006]然而，截至目前为止，镁基储氢合金仍然存在一些难以克服的问题。例如，镁基储氢合金的吸、放氢的条件十分苛刻。由于镁基储氢合金所形成的氢化物过于稳定，这导致氢气释放的速度较慢，且释放过程中所需的温度较高，一般为300摄氏度左右。另外，这也导致镁基储氢合金吸、放氢的循环稳定性较差，吸氢动力学性能较差。当这类合金作为电极材料引用在碱性液体中时，材料本身的耐腐蚀性较差，因此在电池充放电的循环过程中，也导致电池的寿命过低。由于上述问题的存在，镁基储氢合金的应用范围受到了大幅的限制，材料的产业化进程停滞。
[0007]针对上述问题，亟需一种改进型的镁基储氢材料。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种双金属掺杂的镁基储氢材料及其制备方法，这种镁基储氢材料中掺杂了固定比例的重金属材料，并通过合金球磨机与金属镁混合研磨制备，改变了传统镁基储氢材料的界面介观结构。
[0009]本专利技术采用如下的技术方案。
[0010]本专利技术第一方面，涉及一种双金属掺杂的镁基储氢材料，材料为金属镁与另外两种金属实现掺杂的镁基储氢合金；其中，另外两种金属为钴、钼、钛、镍、锰中的任意两种，并且金属镁在合金中的质量百分数在84至98.5之间。
[0011]优选的，镁基储氢合金中金属镁的分子量M
Mg
与另外两种金属的分子量之和M
M1+M2
满足
[0012]优选的，2至4MPa、180至260摄氏度的氢气环境中，镁基储氢合金中氢的质量百分数位于6.1至6.7之间。
[0013]本专利技术第二方面，涉及一种双金属掺杂的镁基储氢材料的制备方法，方法包括以下步骤：步骤1，采用行星式机械合金球磨机对99.95％纯度的金属镁进行球磨；步骤2，在步骤1结束后，向球磨机中加入另外两种金属进行球磨，以获取直径为40至200nm的合金粉末；步骤3，将合金粉末持续放置于高温高压的氢气环境中，以实现合金粉末的储氢。
[0014]优选的，步骤1中金属镁的球磨过程中，添加100至200微米的添加剂颗粒；并且，球磨为高能球磨，球磨时间为3至4小时。
[0015]优选的，步骤2中合金的球磨过程中，采用高纯氩气作为保护气体，球磨压力为0.1至0.15MPa，球磨时间为10至12小时，球磨机转速恒定。
[0016]优选的，持续放置的时间为40至50分钟；高温高压的氢气环境为2至4MPa、180至260摄氏度的氢气环境中。
[0017]优选的，当另外两种金属为钴、钼时，添加100微米的添加剂颗粒，对金属镁单独球磨3小时，对合金球磨时的压力为0.1MPa，球磨时间为10小时，从而获取到40
‑
100nm的合金粉末；合金粉末的吸氢时间为40分钟。
[0018]优选的，当另外两种金属为钼、钛时，添加150微米的添加剂颗粒，对金属镁单独球磨4小时，对合金球磨时的压力为0.15MPa，球磨时间为10小时，从而获取到60
‑
110nm的合金粉末；合金粉末的吸氢时间为40分钟。
[0019]优选的，当另外两种金属为钛、镍时，添加180微米的添加剂颗粒，对金属镁单独球磨3.5小时，对合金球磨时的压力为0.1MPa，球磨时间为12小时，从而获取到60
‑
120nm的合金粉末；合金粉末的吸氢时间为40分钟。
[0020]优选的，当另外两种金属为镍、锰时，添加200微米的添加剂颗粒，对金属镁单独球磨4.5小时，对合金球磨时的压力为0.15MPa，球磨时间为10小时，从而获取到60
‑
120nm的合金粉末；合金粉末的吸氢时间为50分钟。
[0021]优选的，当另外两种金属为钴、镍时，添加150微米的添加剂颗粒，对金属镁单独球磨3小时，对合金球磨时的压力为0.15MPa，球磨时间为10小时，从而获取到60
‑
120nm的合金粉末；合金粉末的吸氢时间为40分钟。
[0022]优选的，当另外两种金属为镍、钼时，添加160微米的添加剂颗粒，对金属镁单独球
磨4小时，对合金球磨时的压力为0.15MPa，球磨时间为12小时，从而获取到60
‑
120nm的合金粉末；合金粉末的吸氢时间为45分钟。
[0023]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术中的一种双金属掺杂的镁基储氢材料及其制备方法，这种镁基储氢材料中掺杂了固定比例的重金属材料，并通过合金球磨机与金属镁混合研磨制备，改变了传统镁基储氢材料的界面介观结构，具备良好的应用前景。本专利技术中的合金材料在较低的温度、压力环境下具备更好的吸、放氢能力，且多次吸、放氢过程的循环稳定性较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双金属掺杂的镁基储氢材料，其特征在于：所述材料为金属镁与另外两种金属实现掺杂的镁基储氢合金；其中，所述另外两种金属为钴、钼、钛、镍、锰中的任意两种，并且所述金属镁在所述合金中的质量百分数在84至98.5之间。2.根据权利要求1中所述的一种双金属掺杂的镁基储氢材料，其特征在于：所述镁基储氢合金中金属镁的分子量M
Mg
与所述另外两种金属的分子量之和M
M1+M2
满足3.根据权利要求1或2中所述的一种双金属掺杂的镁基储氢材料，其特征在于：2至4MPa、180至260摄氏度的氢气环境中，所述镁基储氢合金中氢的质量百分数位于6.1至6.7之间。4.一种双金属掺杂的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，采用行星式机械合金球磨机对99.95％纯度的金属镁进行球磨；步骤2，在步骤1结束后，向所述球磨机中加入另外两种金属进行球磨，以获取直径为40至200nm的合金粉末；步骤3，将所述合金粉末持续放置于高温高压的氢气环境中，以实现所述合金粉末的储氢。5.根据权利要求4中所述的一种双金属掺杂的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中金属镁的球磨过程中，添加100至200微米的添加剂颗粒；并且，所述球磨为高能球磨，球磨时间为3至4小时。6.根据权利要求5中所述的一种双金属掺杂的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中合金的球磨过程中，采用高纯氩气作为保护气体，球磨压力为0.1至0.15MPa，球磨时间为10至12小时，球磨机转速恒定。7.根据权利要求6中所述的一种双金属掺杂的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于：所述持续放置的时间为40至50分钟；所述高温高压的氢气环境为2至4MPa、180至260摄氏度的氢气环境中。8.根据权利要求7中所述的一种双金属掺杂的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于：当所述另外两种金属为钴、钼时，添加100微米的添加剂颗粒，对金属镁单独球磨3小时，对合金球磨时的压力为0.1MPa，球磨时间为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：石佳，丁俊，陈兆骅，潘琪，杨海舟，吴博文，严竹菁，蔡玥，邵烨楠，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司，
类型：发明
国别省市：