一种快速吸放氢的镁镍钛储氢合金及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种快速吸放氢的镁镍钛储氢合金及其制备方法，所述储氢合金由镁、镍、钛三种元素组成，合金成分原子比为Mg

【技术实现步骤摘要】
一种快速吸放氢的镁镍钛储氢合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及储氢合金
，具体涉及一种高容量快速吸放氢的镁基储氢合金及其制备方法，特别涉及一种有镁、镍、钛、三种元素组成的镁基储氢合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源是人类赖以生存的重要资源，目前世界能源供应总量的80％来自石油、天然气等不可再生的化石燃料。如果化石能源继续消耗，到2030年，二氧化碳排放量预计将达到每年404亿吨，这必将对全球生态系统产生毁灭性的影响。
[0003]氢能源是一种绿色的能源形式，具有能量密度高(120MJ/kg)，来源广泛，能量密度高得到优点，被视作人类社会的终极能源。氢可直接作为燃料，或者通过化学反应产生电能或者热能，生成的唯一产物为水，不会对环境造成污染，因此被广泛认为是减缓气候变化和减少碳排放的重要手段之一。氢能源已经成为了发展趋势，要推动氢能源的大规模应用，必然要建立氢气生产、提纯、储存、消费的产业链。其中，储氢是氢气运输和消耗过程中最具挑战性的工序，开发高效储氢技术备受关注。
[0004]目前储氢主要有三种技术即：高压气态储氢；低温液态储氢；固态储氢技术。特别是固态储氢技术中的金属氢化物储氢，具有储氢密度高、安全性好、操作方便、运行成本低等优点，被认为是最理想的储氢方法。镁基储氢合金作为金属氢化物储氢的一种，因其储氢容量大、资源丰富而成为一种很有前途的金属氢化物储氢材料，有望应用于燃料电池供氢系统和工业氢回收系统。然而，镁基合金吸氢和解吸氢的动力学性能差，合金氢化物的热稳定性好，成为制约其实用化的瓶颈。
[0005]因此，开发一种成本低廉、制备简单，同时兼具高容量、快速吸氢动力学的镁基储氢合金是当前的亟待解决的问题。根据前人的研究，过渡族金属的加入可以大幅提高镁基储氢合金的吸放氢动力学性能并降低氢化物的解吸温度。到目前为止镁基储氢合金多数是通过感应熔炼的方式制备，然而镁和钛的熔点相差巨大，熔炼时镁大量蒸发，因此需要一种新的制备方法来获得镁镍钛三元储氢合金。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种廉价的具有高容量及具备快速吸放氢性能的镁基储氢合金。
[0007]本专利技术实施例提供了一种储氢合金，所述储氢合金是由镁、镍、钛三种元素组成，其化学式组成以摩尔比计为：Mg
85
Ni
15
‑
x
Ti
x
，其中，0＜x≤7。
[0008]优选的是，所述储氢合金的化学式组成以摩尔比计为：Mg
85
Ni
10
Ti5。
[0009]优选的是所述储氢合金具有由Mg相、Mg2Ni相、Ni3Ti相多相组成。
[0010]优选的是，所述储氢合金在250℃下的吸氢容量为3.8wt％以上。
[0011]优选的是，所述储氢合金在250℃下吸氢达到饱和量的90％的时间为70秒以下。
[0012]优选的是，所述储氢合金在250℃下放氢可在1小时内放出3.7wt.％的氢气。
[0013]本专利技术还提供上述任一项所述的储氢合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0014]S1：按所述化学式组成进行配料，配料用的金属单质粉末原料纯度均在99.5％以上；
[0015]S2：将所述粉末原料在不锈钢球磨罐中以300rad/min球磨30min，以保证原料混合均匀；
[0016]S3：将原料装入不锈钢容器，在590℃，3MPa氢压下保温1.5小时，随后降温至350℃，保温4小时后随炉冷却至室温。
[0017]优选的是，所述制备方法在不锈钢密闭反应器中进行。
[0018]优选的是，其特征在于，所述合成气氛为氢气。
[0019]优选的是，其特征在于，为保证合金成分均匀，在步骤S2中球磨时所用磨球为不锈钢球，球料比为40∶1。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1)本专利技术所述的廉价高容量及快速吸放氢镁基储氢合金是利用了Mg2Ni的“氢泵”效应，在较低温度下有助于气体吸收，从而具有高容量。
[0022]2)本专利技术廉价高容量及快速吸放氢镁基储氢合金由于Ni3Ti相的钉扎作用，抑制了合金晶粒的长大，极大程度上增加了晶界密度，同时提供了更多的相界为氢原子的扩散提供了更多的通道，因此极大的提高了吸放氢的动力学性能。
[0023]3)本专利技术的廉价高容量及快速吸放氢镁基储氢合金由于镁含量较高，而且合金中加入了廉价的镍、钛等合金化元素，因此成本低廉，而且合金容易活化、生产方法简单，适合于贮氢罐、氢气净化等方面。
附图说明
[0024]通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：
[0025]图1是实施例的X射线衍射图谱。
[0026]图2是实施例的250℃下吸氢动力学曲线。
[0027]图3是实施例的250℃下放氢动力学曲线。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]实施例一
[0030]按Mg
85
Ni
10
Ti5合金配方确定的重量百分比进行配料，实验所用金属单质粉末原料纯度均在99.5％以上，然后在不锈钢密闭反应器中进行制备。为了保证成分均匀，粉末原料需进行30分钟球磨。随炉冷却至室温。机械粉碎后过200目筛分，称取合金粉1g进行X射线物相分析，称取合金粉0.5g，装入Sieverts型PCT测试仪的不锈钢反应容器中，完全活化后，进行室温下的吸氢动力学测试以及在0.002
‑
30bar氢压范围内进行测定。
[0031]该合金具多相结构，合金在250℃下吸氢达到饱和量的90％只需要70秒，表现出超
快的吸氢动力学性能；250℃下，1小时内可放出3.7％的氢气，吸氢速度以及放氢动力学性能与国内外同类合金相比明显优越。
[0032]上述实施例仅例示性说明本专利技术的原理及其功效，而非用于限制本专利技术，本领域技术人员可以在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储氢合金，其特征在于，所述储氢合金是由镁、镍、钛三种元素组成，合金成分按原子比记为Mg
85
Ni
15
‑
x
Ti
x
，其中0＜x≤7。2.根据权利要求1所述的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金的化学式组成以摩尔比Mg
85
Ni
10
Ti5。3.根据权利要求1或2所述的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金在250℃下的吸氢容量在3.8wt.％以上。4.根据权利要求1或2所述的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金在250℃下吸氢达到饱和量的90％的时间在70秒以下。5.权利要求1
‑
4任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙博林，陈杨平，张国庆，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：