一种含长周期有序堆积结构的镁基储氢合金及其制备方法与流程

本发明涉及一种长周期有序堆积结构的镁基储氢合金含及其制备方法。

背景技术：

随着化石燃料的减少和环境污染的日益严重，人们迫切需要找到一种新型的、没有环境污染的能源。氢能具有干净、能量高、不会产生二次污染等很多优点，因此氢能源的开发引起了人们极大的兴趣。氢能系统包括氢源开发、制氢技术、储氢技术、氢的利用技术等。在整个氢能系统中，储氢是最关键的环节。

Mg基储氢合金由于其储氢量大、密度低、资源丰富和价格低廉等特点而使它成为最有前景的储氢材料之一。但Mg基储氢材料苛刻的吸放氢条件(放氢温度高、速度慢)阻碍了它在实际中的应用，因此如何降低它的吸放氢温度(300℃)和改善吸放氢动力学性能一直是人们研究的重点。目前，改善镁基储氢材料储氢性能的方法主要有：元素掺杂与替代、机械合金化、添加催化剂、表面处理和改进合成方法。例如，早在上世纪80年代就有人研究了LaMg₁₂、CeMg₁₂、MmMg₁₂、La₂Mg₁₇以及La₂Mg₁₆Ni的储氢性能，发现这类Mg基合金虽然能在较低的温度下吸氢，但是吸氢容量较低，小于4wt％，而且放氢温度仍然很高，大于300℃。而且，最近欧阳柳章等研究的Mg₃Pr和Mg₃PrNi_0.1能够在室温下吸氢，而且吸放氢动力学性能非常好，可逆储氢容量分别为2.58wt％和3.23wt％，但脱氢温度仍然很高，约300℃。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种工艺设备简单、成本低廉、能够降低镁基储氢材料的吸放氢温度同时改善吸放氢动力学性能的含长周期有序堆积结构的镁基储氢合金及其制备方法。

本发明的含长周期有序堆积结构的镁基储氢合金的化学分子式为Mg-aX-bY-cLi，X代表V或Co中的一种，a，b，c代表质量百分数，3％≤a≤8％,17％≤b≤19％，0.5％≤c≤1％，余量为Mg。

上述元素均为纯金属粉。

上述镁基储氢合金的制备方法：

将上述成分化学原料的合金颗粒装入球磨罐，按15～20:1的球料比加入直径为4～6mm的不锈钢磨球，转速为300～400r/min，运转30min后停转10min，球磨30～50h后得到平均粒径为50～90nm的粉末，然后放入真空高温炉中，在氩气气氛下加热至200℃并保温24小时，制得含长周期有序堆积结构的镁基储氢合金。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、工艺设备简单，采用球磨法，使得金属颗粒不断细化，直至达到纳米级别，产生大量的新鲜表面及晶格缺陷，从而有效的降低活化能。

2、在传统球磨工艺上，添加了热处理的操作，使得蒸发出去的锂为氢气在样品中的运输提供了通道，从而大大加强了储氢性能。

3、制得的含有长周期有序堆积结构的镁基储氢合金具有储氢量大、放氢温度低、吸放氢动力学性能好的优点。

4、价格低廉，能适用于大批量生产。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的Mg₉₁V₃Y₅Li在200℃、1Mpa条件下的PCT曲线图。

图2是本发明实施例2制得的Mg₉₁Co₃Y₅Li合金在200℃、1Mpa条件下25min内的吸动力学曲线图。

图3是本发明实施例3制得的Mg₉₃Co₂Y₄Li合金在200℃、1Mpa条件下25min内的放氢动力学曲线图。

具体实施方式：

实施例1

称量7.79g纯镁粉、0.45g钒粉、1.71g钇粉和0.05g锂粉，用200目筛选后，装入球磨罐中，再放入150g直径为4mm的不锈钢磨球进行球磨，转速为300r/min，运转30min后停转10min，如此循环球磨30h，得到平均粒径为90nm的镁合金粉末，然后将镁合金粉末放入真空高温炉中，在氩气气氛下加热至200℃并保温24小时，制得含有长周期有序堆积结构的镁基储氢合金。

取1g上述镁基储氢合金装入PCT测试仪样品室中，密封后抽真空，用控温电炉加热到200℃之后充入2MPa的H2，活化3次后开始合金储氢性能的测定。如图1所示，可以看出在200℃该合金吸放氢总量达到4.4％左右，吸/放氢平台压为0.2/0.15MPa，而且储氢总量大，平台压小，滞后性小。

实施例2

称量7.68g纯镁粉、0.51g钴粉、1.71g钇粉和0.1g锂粉，用200目筛选后，装入球磨罐中，再放入200g直径为6mm的不锈钢磨球进行球磨，转速为400r/min，运转30min后停转10min，如此循环球磨50h，得到平均粒径为50nm的镁合金粉末，然后将镁合金粉末放入真空高温炉中，在氩气气氛下加热至200℃并保温24小时，制得含有长周期有序堆积结构的镁基储氢合金。

取1g上述镁基储氢合金装入PCT测试仪样品室中，密封后抽真空，用控温电炉加热到200℃之后充入2MPa的H2，活化3次后开始合金储氢性能的测定。如图2所示，可以看出200℃，1Mpa条件下，该合金在7min内已经基本完成吸氢。

实施例3

称量8.41g纯镁粉、0.33g钴粉、1.16g钇粉和0.1g锂粉，用200目筛选后，装入球磨罐中，再放入200g直径为6mm的不锈钢磨球进行球磨，转速为400r/min，运转30min后停转10min，如此循环球磨50h，得到平均粒径为50nm的镁合金粉末，然后将镁合金粉末放入真空高温炉中，在氩气气氛下加热至200℃并保温24小时，制得含有长周期有序堆积结构的镁基储氢合金。

取1g上述镁基储氢合金装入PCT测试仪样品室中，密封后抽真空，用控温电炉加热到200℃之后充入2MPa的H2，活化3次后开始合金储氢性能的测定。如图3所示，可以看出200℃，1Mpa条件下该合金在7min内已经基本完成放氢。