一种Mg-Al-Y基储氢材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能高容量Mg

【技术实现步骤摘要】
一种Mg
‑
Al
‑
Y基储氢材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于储氢材料
，特别涉及一种Mg
‑
Al
‑
Y基储氢材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁高效的二次能源，在近些年来备受关注，氢气的储存方面却还有诸多需要克服的技术难题。金属镁有着较高的储氢容量(7.6wt.％)，且本身储量丰富、价格低廉，例如，
‘
一种纳米晶镁铝基贮氢材料及制备方法
’
(申请号201611120717.5，申请日2016.12.08)，该纳米晶镁铝基贮氢材料为由Mg
‑
Al贮氢合金和石墨组成的粉末，其成分组成为：Mg
100
‑
x
Al
x
+y wt.％C，其中：Mg
100
‑
x
Al
x
为Mg
‑
Al贮氢合金，x为原子比，10≤x≤30；C为纳米石墨粉，y为以Mg
‑
Al贮氢合金质量为基数添加石墨的质量百分比，1≤y≤8。该制备方法是在高纯氩气保护下通过将镁粒、铝粉与纳米石墨粉在行星式球磨机中混合球磨制得。但是由于Mg
‑
H键强度较高，所以导致放氢温度较高(300℃左右)，此外吸放氢动力学迟缓，使得反应时间过长。为了弥补这些不足，近年来很多研究围绕上述问题展开，在镁基储氢材料中添加稀土及过渡金属可以有效的降低其放氢温度，通过真空感应熔炼制备的铸态合金晶粒粗大，通过球磨改性处理后可以有效减小晶粒及颗粒尺寸，此外，引入过渡族金属元素的氧化物、卤化物等具备催化效应的物质可以显著提高镁基储氢材料的吸放氢性能。添加负载过渡族金属离子的碳基催化剂不但可以有效提升球磨效率，其负载的金属离子所具备的微观效应也有助于镁基储氢材料性能的提高，二者相结合，发挥协同作用，具备更大的改性效果。但是现有技术中，这类储氢材料鲜有报道。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，得到一种Mg
‑
Al
‑
Y基储氢材料，通过混合添加负载过渡族金属离子的碳基催化剂和氟化物，得到高性能高容量的储氢材料及其制备方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0005]一种Mg
‑
Al
‑
Y基储氢材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0006](1)按以下合金成分进行配料Mg
x
Al
y
Y
z
,其中，x、y、z为原子比，x+y+z＝100,5≤y≤15,5≤z≤10；通过真空感应熔炼法制备得到Mg
‑
Al
‑
Y铸态合金；
[0007](2)对得到的合金铸锭进行破碎，得到Mg
‑
Al
‑
Y合金粉末；
[0008](3)对得到的合金粉末进行一次球磨6～24小时；
[0009](4)在一次球磨后，加入负载过渡金属的多孔碳基催化剂Tm@C和金属氟化物粉末，其中Tm为Fe,Cu,Co中的一种或几种；然后继续进行二次球磨1～3小时；得到以下成分组成的储氢材料：Mg
x
Al
y
Y
z
+awt.％Tm@C+bwt.％金属氟化物，其中：Mg
x
Al
y
Y
z
为Mg
‑
Al
‑
Y贮氢合金，x、y、z为原子比，x+y+z＝100,5≤y≤15,5≤z≤10，a、b为以Mg
‑
Al
‑
Y贮氢合金粉末质量为基数添加Tm@C和金属氟化物，其质量百分比a、b为3～5wt.％；
[0010](5)将上述得到的储氢材料试样进行活化处理。
[0011]所述金属氟化物AF
d
选自NiF2,CrF3,ZrF4，其中d为2、3、4。
[0012]步骤(1)制得的Mg
‑
Al
‑
Y系铸态合金的合金成分原子百分比为Mg
x
Al
y
Y
z
,其中，x+y+z＝100,5≤y≤15,5≤z≤10；步骤(3)所得产物为纳米晶结构的Mg
x
Al
y
Y
z
合金粉末；步骤(4)所得产物为Mg
x
Al
y
Y
z
+awt.％Tm@C+bwt.％AF
d
的纳米晶复合物。
[0013]在步骤(1)中，合金的制备方法为，将Mg、Al、Y等元素按照化学计量比进行混合后置于真空感应熔炼炉中，在保护气氛下进行真空感应熔炼，温度为1500
±
20℃以上，后随炉冷却至室温取出。
[0014]在步骤(2)中，合金铸锭通过破碎机进行破碎处理，后过200～300目筛，所得的合金粉末用于球磨处理。
[0015]在步骤(3)中，在Ar保护气氛中进行球磨，球料比为35：1，一次球磨时间为15
±
9h，转速为300
‑
350rpm；
[0016]在步骤(4)中，二次球磨时间为2
±
1h,其余的条件同上。
[0017]在步骤(4)中，制备负载过渡金属的多孔碳基催化剂Tm@C的方法如下:
[0018]在室温下取去离子水30
‑
50ml,在磁力搅拌机的作用下将聚乙烯吡咯烷酮PVP(K30)溶于去离子水中，后添加20～40克过渡族金属的硝酸盐Tm(NO3)
x
·
nH2O，将以上混合物搅拌均匀，置于100
±
5℃下保温8
±
0.5h，取出试样，在管式炉中进行碳化处理，期间需要通入氩气进行保护，升温速率为10
±
5℃/min，直到温度达到780
±
10℃，保温2
±
0.5h,后随炉冷却，待降到室温后取出样品，研磨、封装以备用。
[0019]在步骤(5)中，活化条件为320
‑
360℃和3
‑
3.5MPa的氢气气氛，活化次数为5次，直至活化吸放氢曲线无明显差异即可，吸氢性能测试条件同活化条件一样，放氢的条件为相应温度初始氢压为0.006
‑
0.0085Mpa的条件下。
[0020]该储氢材料具有以下成分组成：Mg
x
Al
y
Y
z
+awt％Tm@C+b wt％金属氟化物，其中：Mg
x
Al
y
Y
z
为Mg
‑
Al
‑
Y贮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mg
‑
Al
‑
Y基储氢材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)按以下合金成分进行配料Mg
x
Al
y
Y
z
,其中，x、y、z为原子比，x+y+z＝100,5≤y≤15,5≤z≤10；通过真空感应熔炼法制备得到Mg
‑
Al
‑
Y铸态合金；(2)对得到的合金铸锭进行破碎，得到Mg
‑
Al
‑
Y合金粉末；(3)对得到的合金粉末进行一次球磨6～24小时；(4)在一次球磨后，加入负载过渡金属的多孔碳基催化剂Tm@C和金属氟化物粉末，其中Tm为Fe,Cu,Co中的一种或几种；然后继续进行二次球磨1～3小时；得到以下成分组成的储氢材料：Mg
x
Al
y
Y
z
+awt.％Tm@C+bwt.％金属氟化物，其中：Mg
x
Al
y
Y
z
为Mg
‑
Al
‑
Y贮氢合金，x、y、z为原子比，x+y+z＝100,5≤y≤15,5≤z≤10，a、b为以Mg
‑
Al
‑
Y贮氢合金粉末质量为基数添加Tm@C和金属氟化物，其质量百分比a、b为3～5wt.％；(5)将上述得到的储氢材料试样进行活化处理。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属氟化物AF
d
选自NiF2,CrF3,ZrF4，其中d为2、3、4。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)制得的Mg
‑
Al
‑
Y系铸态合金的合金成分原子百分比为Mg
x
Al
y
Y
z
,其中，x+y+z＝100,5≤y≤15,5≤z≤10；步骤(3)所得产物为纳米晶结构的Mg
x
Al
y
Y
z
合金粉末；步骤(4)所得产物为Mg
x
Al
y
Y
z
+awt.％Tm@C+bwt.％AF
d
的纳米晶复合物。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，合金的制备方法为，将Mg、Al、Y等元素按照化学计量比进行混合后置于真空感应熔炼炉中，在保护气氛下进行真空感应熔炼，温度为1500
±
20℃以上，后随炉冷却至室温取出。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，合金铸锭通过破碎机进行破碎处理，后过200～300目筛，所得的合金粉末用于球磨处理。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，在Ar保护气氛中进行球磨，球料比为35：1，一次球磨时间为15
±
9h，转速为300
‑
350rpm；在步骤(4)中，二次球磨时间为2
±
1h,其余的条件同上。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，制备负载过渡金属的多孔碳基催化剂Tm@C的方法如下:在室温下取去离子水30
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏新，郭世海，安静，祁焱，张羊换，赵栋梁，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：