一种Mg‑Ti储氢合金粉及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Mg‑Ti储氢合金粉及其制备方法，属于新能源材料制备开发技术领域。本发明专利技术所设计的合金以质量百分比计包括下述组分：Mg‑Ti合金70‑92％、FeCl35‑16％、碳纳米管1‑15％；所述Mg‑Ti合金中，Mg含量为65at.％‑85at.％，其余为Ti。本发明专利技术将按设计组分配取的镁源、钛源加入盛满有机溶剂的球磨罐中，进行球磨后，干燥，得到Mg‑Ti合金粉；然后将按设计组分配取的FeCl3粉、碳纳米管与Mg‑Ti合金粉混合均匀，得到所述Mg‑Ti储氢合金粉；所述有机溶剂选自醇类、烃类中的一种。本发明专利技术制备工艺简单，所得产品性能优越，便于产业化生产和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种Mg-Ti储氢合金粉及其制备方法
本专利技术涉及一种Mg-Ti储氢合金粉及其制备方法，属于新能源材料制备开发

技术介绍
同化石能源相比，氢能有来源广、清洁、发热值高、燃烧性能好等优点。因此，自20世纪70年代以来，氢能转换以及氢经济成为世界各国研究者的关注热点。在氢能源的开发应用中，氢的制备、储存和利用是三个主要的研究方向。目前看来氢气的存储运输环节是推广氢能源的关键。解决氢气的储存问题，实际上是找到一种可靠的、高效的存储氢气材料。大多数的金属和氢气发生反应后，会生成相应的金属氢化物。人们主要通过吸放氢的可逆反应过程，来实现了氢气的有效存储。目前，人们以开发出以下几种合金体系：稀土系储氢合金、锆系储氢合金、钒系储氢合金、钛系储氢合金、镁系储氢合金等等。钛系储氢合金有储氢容量高、循环寿命长等优点，但缺点在于初期活化困难、高倍率放电性能较差以及合金的原材料(如Zr，Mn，Cr等)价格偏高。相比之下，镁系储氢材料的单位储氢能力高、高倍率放电性能优异、价格相对低廉。但Mg在碱液中易受氧化腐蚀，可能导致合金电极容量的迅速衰减，循环寿命与实用化的要求尚有很大提高空间，需要进一步提高循环稳定性。同时，Mg的力学性能较差，硬度不高，在实际应用过程中受到限制。为了改善镁基材料的储氢性能，人们做了大量的研究工作，其出发点主要基于以下三方面：(1)合金化。镁与其他元素合金化后，可以提高镁元素的热力学稳定性，延长其使用寿命；(2)纳米化。实验和理论模拟研究均表明，减小材料块体颗粒的尺寸直至纳米级别，实现材料尺度和结构的纳米化，能明显提高氢化速率，同时提高储氢量。(3)催化剂。在储氢合金中添加少量催化剂，可以显著改善其吸放氢条件。在镁基储氢材料的合金制备方面，目前最常用的是在真空或者惰性气体环境中采用感应熔炼。这种方法虽然能有效避免镁的氧化，但不能克服镁蒸发的问题。专利技术专利CN1030114384在制备镁基储氢材料的合金制备时，额外添加8-10wt.％的镁以补偿挥发的损失。然而，由于实际挥发的过程受温度和环境影响较大，镁的挥发含量很难控制，进而影响最终产品的成分。同时，大量挥发的镁蒸汽也会对生产设备造成损害和污染。专利CN101709396A采用球磨的方法制备Mg-Ti储氢合金，球磨介质为氩气。但由于氩气不能起到润湿作用，为了保证球磨的顺利进行，当该方法需要多次开罐刮粉，这导致操作极为不便，进而不利于工业化生产，同时该技术罐内的气压远远大于常压，这导致对设备的要求较高而且还不安全。综上所述，寻找一种储氢能力强、成本低、安全系数高的镁基储氢合金及其制备方法成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有镁基储氢合金存在的动力学性能差、循环性不稳定、安全系数低、成本高、制备难度大等不足之处，提供一种Mg-Ti储氢合金粉及其制备方法。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉，以质量百分比计包括下述组分：Mg-Ti合金70-92％、优选为75-90％，进一步优选为80-90％；FeCl35-16％、优选为8-15％、进一步优选为8-12％；碳纳米管1-15％、优选为2-10％、进一步优选为2-8％；所述Mg-Ti合金中，Mg含量为65at.％-85at.％、优选为71at.％-82at.％、进一步优选为75at.％-80at.％，其余为Ti。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，包括下述步骤：将按设计组分配取的镁源、钛源加入盛满有机溶剂的球磨罐中，进行球磨后，干燥，得到Mg-Ti合金粉；然后将按设计组分配取的FeCl3粉、碳纳米管与Mg-Ti合金粉混合均匀，得到所述Mg-Ti储氢合金粉；所述有机溶剂选自醇类、烃类中的一种。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述镁源为镁粉。所述镁粉的粒度为100-230nm、优选为150-210nm、进一步优选为160-200nm。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述钛源为钛粉。所述钛粉的粒度为45-150nm、优选为50-100nm、进一步优选为60-90nm。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述有机溶剂选自无水乙醇、烷烃中的至少一种。优选为无水乙醇、丁烷、戊烷中的至少一种，进一步优选为，按质量比，无水乙醇：丁烷：戊烷＝100:5-10:1-2。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述Mg-Ti合金粉的粒度为100-200nm；所述Mg-Ti合金粉中，Mg以纳米级颗粒的形式均匀分布在合金中。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述Mg-Ti合金粉的比表面积为1.5-11.4m2/g。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，球磨所用磨球的材质选自ZrO2、Al2O3、Si3N4中的至少一种。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，球磨的条件为：球料质量比15～25:1、球磨转速800-1000r/min、球磨时间30-48h。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，球磨完成，在保护气氛下取粉，将所取粉末置于真空干燥箱，在真空条件下以30-50℃干燥6-10h，得到Mg-Ti合金粉。所述保护气氛优选为氩气气氛。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述FeCl3粉的粒度为0.8-1.5μm。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述碳纳米管的直径为10-50nm。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管。本专利技术一种Mg-Ti储氢合金粉的制备方法，所述碳纳米管为掺杂有氮、硼、铂、稀土元素中任意一种或几种元素的碳纳米管，优选为掺杂有铌元素的的碳纳米管。本专利技术中所述碳纳米管为掺杂有氮、硼、铂、稀土元素中任意一种或几种元素的碳纳米管，其制备工艺为采用现有普通碳纳米管掺杂工艺制备。原理和优势本专利技术由于组分设计合理，使得所制备的Mg-Ti储氢合金粉具有良好储氢性能，同时，在适量的各组分的协同作用下，本专利技术所设计的Mg-Ti储氢合金粉不仅具备了良好储氢性能、而且还大大提高了其安全系数。本专利技术由于采用了特殊的制备工艺，尤其是以纯镁粉(其粒度为100-230nm)、纯钛粉(其粒度为45-100nm)、在充满有机溶剂的球磨罐中以设定的参数进行球磨时，在实现合金化的同时，还可以尽可能多的预留了储氢位点，同时当有机溶剂按无水乙醇：丁烷：戊烷＝100:5-10:1-2配置时，其所得产品的储氢能得到意想不到的提升。本专利技术与现有技术相比，具有以下优势：1.在Mg-Ti合金粉制备方面，与熔炼法相比，采用球磨工艺，有效的解决了镁的蒸发和氧化问题。纯钛的熔点为1670℃，纯镁的沸点为1090℃，如果按照熔炼法制备Mg-Ti合金，几乎不可能保证样品的成分组成和均匀性。而在球磨过程中，仅在室温环境，就能通过磨球对元素粉末的冲击、碾磨、冷焊，在相对较低的温度下实现元素的合金化而不引起元素的挥发。2.降低球磨过程中的污染。在球磨过程中选择稳定性好的磨球，所选磨球包括Al2O3,ZrO2,Si3N4，其化学性质不活泼，难溶于水、盐酸和稀硫酸，与不锈钢球相比，其化学性能更为稳定，能够避免球磨过程中对粉末造成的污染。3.选用纯液体作为过程控制剂。Mg和Ti元素的球磨一直是难度较大的制备过程。中国专利“一种Mg-Ti合金粉末的制备方法”(申请公布号CN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mg‑Ti储氢合金粉，其特征在于：以质量百分比计包括下述组分：Mg‑Ti合金   70‑92％；FeCl3       5‑16％；碳纳米管    1‑15％；所述Mg‑Ti合金中，Mg含量为65at.％‑85at.％，其余为Ti。

【技术特征摘要】
1.一种Mg-Ti储氢合金粉，其特征在于：以质量百分比计包括下述组分：Mg-Ti合金70-92％；FeCl35-16％；碳纳米管1-15％；所述Mg-Ti合金中，Mg含量为65at.％-85at.％，其余为Ti；所述Mg-Ti储氢合金粉的制备方法为：将按设计组分配取的镁源、钛源加入盛满有机溶剂的球磨罐中，进行球磨后，干燥，得到Mg-Ti合金粉；然后将按设计组分配取的FeCl3粉、碳纳米管与Mg-Ti合金粉混合均匀，得到所述Mg-Ti储氢合金粉；所述镁源为镁粉；所述镁粉的粒度为100-230nm；所述钛源为钛粉；所述钛粉的粒度为45-150nm；所述有机溶剂选自无水乙醇、丁烷、戊烷中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种Mg-Ti储氢合金粉，其特征在于：以质量百分比计包括下述组分：Mg-Ti合金75-90％；FeCl38-15％；碳纳米管2-10％；所述Mg-Ti合金中，Mg含量为71at.％-82at.％，其余为Ti。3.根据权利要求2所述的一种Mg-Ti储氢合金粉，其特征在于：以质量百分比计包括下述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宏，李开洋，刘咏，兰小东，陈紫瑾，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43