一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法，属于储氢与供氢领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法


[0001]本专利技术属于储氢与供氢领域，具体涉及一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法
。

技术介绍

[0002]化石燃料从过去到现在一直作为主要的供给能源，给人类生活带来了极大的便利，但同时由于化石燃料的过度使用，也引发了一系列严重的环境问题和能源危机，因此，开发清洁绿色
、
可持续发展的新能源，具有重要意义
。
氢能
、
风能
、
太阳能和生物质能等绿色能源形式中，氢能受到了广泛的关注
。
氢能资源丰富，来源广泛，可通过天然气制备
、
电解水和甲醇制备等多种方式进行制备氢气
。
目前氢的储存方式主要有高压气态储存
、
液态储存和固态储存，高压气态储存使用一种应用最广泛的储氢方式，采用压缩
、
冷冻和吸附等方式，将氢气压缩储存于高压气瓶中，但是此种方法存在的弊端也很明显，就是储氢量低，由于储氢量低的原因，因此在进行远距离运输时，成本就显而易见的增高，而且在运输过程中由于氢气以高压状态储存在高压气瓶中，容易产生爆炸等危险因素；液态储氢是将氢气冷却到零下两百五十多度，然后进行存储，此种方法能极大提高氢气的储存量，但是基于处理条件，需要超低温容器和进行超低温冷却，成本代价也是极其昂贵；固态储氢是通过利用固态金属材料与氢气在一定温度等条件下发生反应，通过热交换将氢气以分子或原子状态储存在固体金属材料中，进而实现氢气的储存与释放，对比于前面两种方法的高压
、
超低温和特殊储存设备等苛刻的条件，固态金属材料储氢与释放对压强和温度要求较为温和，储氢量高，安全性能和成本也较低，因此具有很好的发展前景
。
[0003]固态金属材料的制备方法和使用方式对于储氢和供氢具有重要影响
。
固态金属材料多为两种不同金属通过熔炼的方法进行制备形成合金，例如专利
CN111441067A
公开的一种合金的制备方法，具体通过配制熔盐电解体系置于电解槽中，设置阴极，采用液态或固态的第二金属沉积在电解槽底部，采用引线联通直流电源负极；设置阳极，用篮筐或坩埚盛装固态或液态的第一金属，采用引线联通直流电源阳极；以及进行电解，阳极的第一金属溶解并在阴极的第二金属上沉积
、
合金化，制备得到合金，熔盐电解反应中离子迁移速度快，电流密度高，熔盐体系温度高，是合金制备的一种常规高效手段，但是此种方法在高温环境中会将水分子分解释放出氢分子导致氢进入合金材料中，容易引起金属氢脆的发生
。
固态金属的氢脆现象主要分为外源氢和内源氢，外源氢是指固态金属在潮湿的环境中或具有氢分子环境的使用过程中，氢分子进入金属内部，从而造成氢脆现象；内源氢是指固态金属在生产过程中由于生产条件而引入氢，从而造成氢脆现象
。
固态金属的使用方式多以分散装存储于钢瓶中，例如专利
CN116006894
中提到了一种金属固态储氢供氢系统，该系统通过利用多个固态储氢单元均匀分布于换热箱体中，固态金属储氢材料存放于固态储氢单元内部，固态储氢单元内部还分布有隔垫和导气管，导气管靠近固态储存单元瓶口的一段设有过滤网，隔垫和过滤网的作用是为了方式固态金属储氢材料在进行释放氢气的过程中不被产生的气流带到固态储存单元外，造成污染和材料的损失，换热箱中装有换热介质，通过换热介
质存储固态金属储氢材料在进行储氢时释放的热量来推动固态金属储氢材料释放氢气所需要的热量，这种金属固态储氢供氢系统存在以下问题：
(1)
固态金属储氢材料在吸收氢气过程中需要对固态金属储氢材料与氢气进行加热发生化学吸附从而使氢气存储于固态金属储氢材料中，在固态金属储氢材料与氢气发生化学吸附的过程中又是一个放热过程，释放氢气的过程中需要向已经储存氢气的固态金属储氢材料进行加热使其释放出氢气，在吸收氢气与释放氢气过程中的温度如果没有及时控制到合适范围，将会影响吸收氢气与释放氢气的效率，而本专利技术中采取的换热介质吸收氢气与固态金属储氢材料发生化学吸附时放出的热量后需要及时导出以防止体系温度过高，氢气再度从固态金属储氢材料中分解出来，而当需要分解制氢气时又需要对换热介质高温加热到适宜温度，再导入换热箱体中，使氢气从固态金属储氢材料中分解出来，操作复杂，且为了及时换热，所使用的换热介质需要有高换热效率，高换热效率的换热介质价格昂贵，增加了成本；
(2)
通过换热介质
‑
储氢单元
‑
固态金属储氢材料的间接吸热与供热，存在因温度不易控制导致换热不及时而带来的氢气释放不稳定和热量损失的问题
。
[0004]因此，专利技术人针对固态储氢金属材料制备过程中氢的引入
、
改善因温度不易控制导致换热不及时而带来的氢气释放不稳定和热量损失的问题进行了研究
。

技术实现思路

[0005]根据现有技术的不足，本专利技术通过等离子熔覆法将具有吸氢性质的合金粉末固定喷覆于具有导电性质的基体材表面，喷覆过程用到的惰性保护气排出了环境中的氢气，避免了采用常规熔炼合金的方法引入氢原子，导电性质的基体材料与具有吸氢性质的合金粉末直接接触，通过给基体材料通电实现对固态金属材料的直接加热，避免了热损耗，且通过电流的控制能对加热过程中的温度进行实时控制，从而实现氢气的定量释放，制备出来的固态储氢金属材料经表面微细化工加工处理，形成具有微通道结构的固态储氢金属材料，传热效果好
。
具体地，本专利技术的技术方案包括以下步骤：
[0006]一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0007]工作气体通过熔覆室离子化形成等离子弧；
[0008]熔覆材料经送粉气进入所述熔覆室，经所述等离子弧喷射到基体材料表面进行熔覆，经冷却得到复合金属；
[0009]所述复合金属依次经切割和超声处理后形成切片，将光刻胶涂抹在所述切片表面并置于刻蚀机中，通入刻蚀气体后对所述刻蚀气体进行加压，加压完成后对所述切片进行刻蚀，得到固态储氢金属材料
。
[0010]进一步地，所述基体材料包括铁铬电热合金和镍铬电热合金，其中基体材料的使用要结合熔覆过程中温度，选择基体材料熔点温度高于熔覆过程中产生的温度，避免基体材料因高温而熔化，为了进一步地提高所述固态储氢金属材料的储氢容量，所述基体材料也可以选择具有吸氢性质的合金材料，但是必须要保证所述基体材料具有良好的导电性能和耐高温性能
。
[0011]进一步地，所述熔覆材料包括镁合金粉末和钛合金粉末，其中所述熔覆材料要满足高温下能与氢气发生反应，对氢气产生化学吸附从而将氢气固定于熔覆材料内部的条件
。
[0012]进一步地，所述基体材料与所述熔覆材料的质量比为
1:1
～
5。
[0013]进一步地，所述熔覆过程的参数包括工作电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：工作气体通过熔覆室离子化形成等离子弧；熔覆材料经送粉气进入所述熔覆室，经所述等离子弧喷射到基体材料表面进行熔覆，经冷却得到复合金属；所述复合金属依次经切割和超声处理后形成切片，将光刻胶涂抹在所述切片表面并置于刻蚀机中，通入刻蚀气体后对所述刻蚀气体进行加压，加压完成后对所述切片进行刻蚀，得到固态储氢金属材料
。2.
根据权利要求1所述一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法，其特征在于，所述基体材料包括铁铬电热合金和镍铬电热合金
。3.
根据权利要求1所述一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法，其特征在于，所述熔覆材料包括镁合金粉末和钛合金粉末
。4.
根据权利要求1所述一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法，其特征在于，所述基体材料与所述熔覆材料的质量比为
1:1
～
5。5.
根据权利要求1所述一种基于微通道的固态储氢金属材料制备方法，其特征在于，所述熔覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，郑子壮，时光，
申请(专利权)人：上海绅珑新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：