一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法，该合金以GdNi、MgNi2、Ni为前驱物，通过分步烧结法制备得到晶体结构类型为A2B7型超晶格结构，该制备方法简单，过程易于控制，有效控制了合金相组成及含量，保证了合金的储氢性能，制备得到的储氢合金具有易活化、吸/放氢动力学性能好、吸/放氢平台压高及储氢容量高的优点，适用于加氢站或储氢罐等设备或器件用材料。备或器件用材料。备或器件用材料。

【技术实现步骤摘要】
一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及储氢合金材料
，尤其涉及一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法。

技术介绍

[0002]能源危机和环境污染问题日益严重，世界各国纷纷制定能源安全发展战略，并将减少碳排放作为重要目标。氢能作为一种可再生能源，具有储量丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染等显著优势。氢能产业发展迎来新机遇。氢能产业覆盖范围广，主要可分为制取
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储运
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应用三个环节，其中氢能储运是关键环节，严重制约着氢能的终端应用。因此，实现氢气安全高效储存和运输对推动氢能体系发展具有重要意义。
[0003]氢气储存方式主要包括高压气态储氢、低温液态储氢以及通过储氢材料实现固态储氢等。气态储氢密度低且不安全，液态储氢需要绝热储氢容器并且能量消耗高；固态储氢具有储氢密度高、安全性高等优势，受到广泛关注。目前人们已探索的储氢材料包括合金储氢材料、配合物储氢材料、多孔吸附储氢材料和有机液体储氢材料等。其中，稀土系储氢合金安全稳定性好、吸/放氢条件温和，极具应用价值。传统稀土系AB5型合金易活化、吸/放氢动力学性能好，但容量偏低；AB2型合金容量高，但该类合金难以活化、吸/放氢温度高。稀土系超晶格合金表现出良好的储氢性能，吸/放氢动力学性能好，吸/放氢可逆性良好，储氢容量大。该类合金由[A2B4]和[AB5]亚单元按照一定比例沿c轴周期性排列形成，可分为AB3型(1:1)、A2B7型(1:2)、A5B
19/>型(1:3)和AB4型(1:4)。稀土系超晶格合金发展基础是La
–
Ni系合金，吸氢过程中，H占据[A2B4]和[AB5]亚单元中晶格间隙位置以及亚单元边界位置，引起晶格各向异性膨胀、畸变，当吸氢过程中因晶格膨胀产生应力超过氢化物抗粉化的临界应力时，破坏晶体结构稳定性，造成合金粉化以及非晶形成，使部分氢原子难以释放，压力
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组成
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温度曲线吸氢段斜率增加，以及合金寿命衰减。此外La原子半径大，La
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Ni系合金超晶格结构晶胞参数大，吸/放氢平台压低，一般在0.1MPa以下，难以满足固态储氢装置及加氢站应用需求。
[0004]有鉴于此，开发易活化、吸/放氢速率快、吸/放氢平台压高、储氢容量高的新型储氢合金，对于提高储氢合金性能，促进储氢合金在新能源领域中的实际应用具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法，该合金以GdNi、MgNi2、Ni为前驱物，通过分步烧结法制备得到晶体结构类型为A2B7型超晶格结构，制备方法简单，过程易于控制，有效控制了合金相组成及含量，保证了合金的储氢性能，制备得到的储氢合金具有易活化、吸/放氢动力学性能好、吸/放氢平台压高及储氢容量高的优点。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法，该合金以GdNi、MgNi2、Ni为前驱物，按照摩尔比为1：(0.5～0.7)：(1.0～1.40)复配并压片后通过分步烧结法制备得到，该
合金为A2B7型超晶格结构。
[0008]本专利技术所提供的储氢合金前驱物的配比是保证储氢合金具有良好的循环稳定性、吸/放氢动力学性能、吸/放氢平台压的关键所在。La
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Ni基合金易遭受粉化和氢致非晶化的影响，结构稳定性变差，循环寿命衰减，并且因为该体系合金中含有大量的La原子，而La原子半径大，合金晶胞体积大，压力
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组成
‑
温度曲线中吸/放氢平台压力小，难以满足固态储氢装置及加氢站的要求。在AB2型合金中，当原子半径比值R
A
/R
B
越接近1.225时，AB2型合金结构越稳定，而在超晶格合金体系中，[A2B4]亚单元中1.225<R
Gd
/R
Ni
<R
La
/R
Ni
，Gd
‑
Ni系合金具有更好的结构稳定性，可以抑制吸/放氢过程中的结构变化。另外，本专利技术合金因含有大量的原子半径小的Gd原子，(Gd,Mg)2Ni7型合金晶胞体积小，吸/放氢平台压高，更适用于固态储氢装置及加氢站。
[0009]La
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Mg
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Ni系储氢合金容易受到粉化和氢致非晶化的影响，晶体结构稳定性差，并且吸氢/放氢平台压低，难以满足固态储氢的要求。本专利技术利用原子半径小、电负性强的稀土元素Gd与Mg原子和过渡金属Ni原子之间的共同作用以及尺寸效应，制备出易活化、循环稳定性强、吸/放氢平台压增加和吸/放氢动力学性能增强的(Gd,Mg)2Ni7型固态储氢合金。
[0010]本专利技术所述合金组成A侧吸氢元素为稀土元素Gd，Gd元素原子半径小，相对于La
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Mg
‑
Ni系合金R
La
/R
Ni
比值，Gd
‑
Mg
‑
Ni系合金中R
Gd
/R
Ni
比值更接近于1.225，结构稳定性更好，并且Gd
‑
Mg
‑
Ni系合金结构晶胞参数小，合金吸/放氢平台压增加。Mg对储氢合金结构具有重要影响，Mg的参与有助于合金形成稳定的超晶格结构，Mg含量的变化改变相结构转变过程，Mg含量过低时，合金易形成AB5型相结构，而当Mg含量过高时，Mg原子除进入超晶格结构外，还会形成MgNi2相结构，进而影响储氢合金性能。本专利技术所述合金在形成过程中，当Mg元素摩尔比小于0.5时，随Mg元素含量降低，合金中易存在AB5型相结构，虽可以提高合金吸/放氢平台压，但使合金储氢容量降低；而当Mg元素摩尔比大于0.7时，随着合金中Mg元素含量增加，合金组成中易形成AB2型相结构，合金活化性能变差。当B侧过渡金属Ni元素摩尔比小于1.0时，随Ni元素含量减少，合金化学组成偏离A2B7型相结构组成，制备的合金中会含有非超晶格AB2相结构以及结构稳定性差的AB3型相结构，合金循环稳定性和活化性能变差，而当B侧过渡金属Ni元素摩尔比大于1.4时，随B侧过渡金属Ni元素增多，制备的合金中含有AB5型以及A5B
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型相结构，合金相结构组成复杂，合金结构稳定性差，容易受粉化的影响，并且合金储氢容量降低。
[0011]作为本专利技术的一种限定，(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法按照如下的步骤顺序依次进行：
[0012](1)配料
[0013]将感应熔炼得到的前驱物GdNi和MgNi2机械粉碎研磨至直径小于300目的粉末，与Ni粉混合均匀，得A；
[0014](2)压片
[0015]将A在10MPa压力下冷压成型，形成直径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法，其特征在于，该合金以GdNi、MgNi2、Ni为前驱物，按照摩尔比为1：(0.5～0.7)：(1.0～1.40)复配并压片后通过分步烧结法制备得到，该合金为A2B7型超晶格结构。2.根据权利要求1所述的一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法，其特征在于，按照如下的步骤顺序依次进行：(1)配料将感应熔炼得到的前驱物GdNi和MgNi2机械粉碎研磨至直径小于300目的粉末，与Ni粉混合均匀，得A；(2)压片将A在10MPa压力下冷压成型，形成直径1cm的坯，用镍带包裹后密封，得B；(3)烧结将B置于管式炉中，于0～0.04MPa氩气氛围下进行烧结处理，得到目标合金。3.根据权利要求2所述的一种(Gd,Mg)2Ni7型超晶格储氢合金的制备方法，其特征在于，所述烧结过程按照如下的步骤顺序依次进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩树民，王文凤，张璐，郭亚楠，鲁航，王晴，席宁，菅璐，李天子，
申请(专利权)人：包头中科轩达新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：