一种氢化镁基复合粉体制造技术

本发明专利技术涉及一种氢化镁基复合粉体，其以纳米级Ｍｇ粉为基料，混合金属颗粒和金属氧化物颗粒，混合料中各组分质量百分含量为：Ｍｇ粉９５－９９％，金属颗粒０．５－４．０％，金属氧化物颗粒０．５－４．０％，金属颗粒是锰、铁、钴、镍、铜一种或几种，金属氧化物颗粒是氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜的一种或几种，混合料在球磨机中通过充氢球磨得到纳米晶氢化镁复合粉体。本发明专利技术组成合理，制备工艺简单，成本低，具有高效的储氢性能和显著的动力学性能，用来水解制氢，具有很好的水质适应性、温度适应性和水解产物安全无毒的友好性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术中涉及一种复合材料，具体地说是一种氢化镁基复合粉体。其用来水解制氢O
技术介绍
我国镁资源丰富，氢化镁(MgH2)做为氢源价格便宜，因而被认为是适合于水解制 氢的材料。水解制氢方法相较其他的制氢方式，具有储氢量高、常温下能反应放出氢气、储 氢安全性能高、水解产物无毒、原料价廉等优点，可以为质子交换膜燃料电池等用途提供便 捷、安全的氢源。当考虑参与反应的水的质量时，水解反应的理论产氢率质量分数为7. 69%。 在燃料电池应用中，若由燃料电池产生的水被用来与MgH2反应，则产氢率质量分数可提高 到15.4%，具有很高的储氢效率。同时，氢化镁水解产物为安全无毒的氢氧化镁(Mg(OH)2), 对环境友好。氢化镁(MgH2)做为水解氢源，水解反应时其反应产物Mg(OH)2会形成一层钝 化膜覆盖在未反应的MgH2上，使后续水解反应过程受到抑制，造成制氢速度受到影响，并且 影响氢气的最终发生量。国内外学者对氢化镁的水解研究大多集中在如何去除Mg (OH)2钝化膜体改善制氢 速率与放S量上°Grosjean等人在“Hydrogen production via hydrolysis reaction from ball-milled Mg-based materials”中提出了 MgH2-Ni与Mg-Ni的水解制氢反应特征的研究 报告。实验发现，M对Mg的催化作用比对MgH2的催化作用大得多。由此，提出M本身没 有催化作用，Ni对Mg的催化作用主要是它与Mg形成了原电池，从而加速了 Mg的反应。而 MgH2是非导体，Ni与之不能形成原电池，从而未起到催化作用。进而提出金属Ni颗粒只对 导体在电解质中进行的水解反应有催化作用。J. P. Tessier等人在“Hydrogen production and crystal structure of ball-milled MgH2-Ca and MgH2-CaH2 mixtures，，中石if胃了 球磨后的MgH2-Ca和MgH2-CaH2混合物的水解反应。实验发现，MgH2-Ca球磨后，MgH2中的 H将转移给Ca形成CaH2, Mg-MgH2-CaH2混合物水解反应的速度比相同时间球磨的纯MgH2 快，产氢率也较后者高。作者解释为MgH2-Ca和MgH2-CaH2中的Ca或CaH2与水反应生成的 Ca (OH) 2较易溶解，使MgH2与CaH2或Ca的新鲜界面暴露出来，从而提高产氢速度和MgH2的 转化率° R. V. Lukasher 等人在"Effect of Mechanical Activation on the Reaction of Magnesium Hydride with Water”中研究了 MgH2 -石墨二元复合材料机械合金化对MgH2水 解性能的影响。结果表明机械合金化提高了氢化镁与水反应的反应性能。在MgH2的机械 化学处理中石墨提供了一种附加的激活作用。为了达到最高的水解反应的反应性能，在形 成MgH2 -石墨复合材料时，20kJ/g的变形能量被测定为最适宜的条件。哈工大的胡连喜等 人在“Hydrogen generation via hydrolysis of nanocrystalline MgH2 and MgH2-based composites”中通过球磨得到了纳米晶MgH2及MgH2基复合材料。纳米晶氢化镁的水解速率 较高，提主要原因是纳米化处理增大了表面积。实验结果发现，MgH2和MgH2基复合材料在 球磨15小时后晶粒尺寸小于13nm。球磨后MgH2显示出更好的水解动力学性能，水解70分 钟时放氢量从 . 5%增加到25%。加入CaH2和Ca球磨，MgH2的放氢量分别达到76%和62%。而铝的加入对MgH2的放氢性能没有显示出促进的作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种组成合理，制备工 艺简单，成本低，具有高效的储氢性能和显著的动力学性能的氢化镁基复合粉体。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是一种氢化镁基复合粉体，其特征 是其以纳米级Mg粉为基料，混合金属颗粒和金属氧化物颗粒，混合料中各组分质量百分 含量为Mg粉95-99%，金属颗粒0. 5-4. 0%，金属氧化物颗粒0. 5-4. 0%，金属颗粒是锰、铁、 钴、镍、铜一种或几种，金属氧化物颗粒是氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜的一种或 几种，混合料在球磨机中通过充氢球磨得到纳米晶氢化镁复合粉体。本专利技术所说的纳米晶MgH2粉末晶粒直径为13 55nm，复合粉体中MgH2的含量为 95. 4%-99. 1% (质量分数)。本专利技术所说的金属颗粒和金属氧化物颗粒粒径为ΙΟηπΓδΟΟηπι，复合粉体中金属颗 粒和金属氧化物颗粒的总含量为1.0%-5.0% (质量分数)。本专利技术混合料中加入纳米级金属颗粒或金属氧化物颗粒，可以加速充氢球磨过程 中对镁基复合粉体的氢化速度，有利于氢化镁粒径的减小。更重要的是锰、铁、钴、镍、铜及 其氧化物与纳米晶MgH2之间形成了优异的协同作用的极细显微结构，具有良好的催化作用 和显著的动力学性能，用来水解制氢。可以改善储氢反应速度控制微区放热，有效改善储氢 反应物Mg(OH)2的形貌，进而达到充分水解反应的目的。对照现有技术，本专利技术组成合理， 制备工艺简单，成本低，具有高效的储氢性能和显著的动力学性能。本专利技术氢化镁基复合粉 体用来水解制氢，具有很好的水质适应性、温度适应性和水解产物安全无毒的友好性。可以 在多种水质中进行快速制氢，同时在较宽温度范围内都能进行快速制氢，在常温(25°C)下 水解20min可以释放出超过30%理论储氢量的氢气，在70°C下水解20min可以释放出超过 90%理论储氢量的氢气，并且添加物及生成的Mg(OH)2安全无毒。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述。一种氢化镁基复合粉体，其以纳米级Mg粉为基料，原料中包括纳米级Mg粉、金 属颗粒和金属氧化物颗粒。混合加入行星式球磨机中，混合料中各组分质量百分含量为 Mg粉95-99%，金属颗粒0. 5-4. 0%，金属氧化物颗粒0. 5-4. 0%。其中所说的金属颗粒是锰、 铁、钴、镍、铜一种或几种，金属氧化物颗粒是氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜的一 种或几种。利用行星式球磨机中充氢(0.3、.6MPa)球磨6(Tl20h，可获得纳米晶氢化镁 复合粉体。其中的纳米晶MgH2粉末晶粒直径范围为13 55nm，复合粉体中MgH2的含量为 95. 4%-99. 1% (质量分数)。本专利技术所说的金属颗粒和金属氧化物颗粒粒径为ΙΟηπΓδΟΟηπι，复合粉体中金属颗 粒和金属氧化物颗粒的总含量为1.0%-5.0% (质量分数)。加入金属或金属氧化物颗粒粒径 越小，可以加速充氢球磨过程中对镁基复合粉体的氢化速度，有利于氢化镁粒径的减小。加 入纳米级金属或金属氧化物颗粒所得到氢化镁粉体，颗粒细小且分散，团聚现象明显好转。 更重要的是锰、铁、钴、镍、铜及其氧化物与纳米晶MgH2之间形成了优异的协同作用的极细显微结构，具有良好的催化作用和显著的动力学性能，可以改善储氢反应速度控制微区放 热，有效改善储氢反应物M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢化镁基复合粉体，其特征是：其以纳米级Ｍｇ粉为基料，混合金属颗粒和金属氧化物颗粒，混合料中各组分质量百分含量为：Ｍｇ粉９５－９９％，金属颗粒０．５－４．０％，金属氧化物颗粒０．５－４．０％，金属颗粒是锰、铁、钴、镍、铜一种或几种，金属氧化物颗粒是氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜的一种或几种，混合料在球磨机中通过充氢球磨得到纳米晶氢化镁复合粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文丛，于洋，于元春，
申请(专利权)人：张文丛，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]