一种基于Mg-Ni-Gd合金的镁基储氢材料及其制备方法和应用

本发明属于镁基储氢材料的制备，涉及一种基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能具有资源丰富、无碳、能量密度高(120mj/kg)、应用场景多样等特点，其在减轻环境污染和推动能源转型的潜力巨大，因此成为了全球发展战略和竞争焦点。目前，安全高效的氢储运技术是制约氢能产业链发展的主要瓶颈之一。

2、与传统储氢技术相比，基于镁基材料的固态储氢技术具有低成本、高储氢密度(7.6wt.％和110g h2/l)、安全高效和良好的可逆性等优点，这为氢能的大规模利用开辟了更大的可能性。但镁基储氢固有的与热力学和动力学相关的挑战仍然存在，这直接导致了其吸放氢温度高(>350℃)和反应速率缓慢的缺点，故解决这些问题仍然是镁基固态储氢技术广泛应用的主要科学挑战。

3、合金化是改善mgh2储氢性能最简单、高效的方式之一，最有利于实现产业化的目标。基于过渡金属与稀土金属组成三元镁合金体系的合金，可以很好的形成长周期相，首次活化后长周期相分解成的纳米晶，可以为反应提供更多的活性位点，为氢的解离和转移提供更多的活性位点和扩散通道，实现更好的储氢性能。如今，镁基储氢材料的较高的热力学稳定性与较低的动力学性能是制约行业发展的关键。

4、故有必要研究新的镁基储氢材料，以便弥补现有镁基储氢材料存在的不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料；本发明的目的之二在于提供一种基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料的制备方法；本发明的目的之三在于提供一种基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料在固态储氢方面的应用。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、1.一种基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料，所述镁基储氢材料为mg-ni-gd合金和不可避免杂质，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中含有gd 2％～12％、ni 2％～12％、不可避免杂质和余量的mg。

4、优选的，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中ni含量为7.8wt.％、gd含量为2.2wt.％。

5、优选的，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中ni含量为2.2wt.％、gd含量为7.8wt.％。

6、优选的，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中ni含量为12wt.％、gd含量为2wt.％。

7、优选的，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中ni含量为2wt.％、gd含量为12wt.％。

8、2.上述镁基储氢材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

9、(1)将纯镁锭、mg-30wt.％ni中间合金和mg-30wt.％gd中间合金混合后置于真空熔炼炉中，在不小于15kw的功率下搅拌熔炼5min以上，随后在不小于35kw的功率下熔炼5min以上，然后进行浇铸，得到mg-ni-gd合金；

10、(2)将熔炼得到的所述mg-ni-gd合金挫成粉末，在氩气气氛下进行球磨制备得到镁基储氢材料(球磨态mg-ni-gd合金粉末)。

11、优选的，步骤(1)中，所述纯镁中镁锭的纯度不小于99％。

12、优选的，步骤(1)中，所述球磨为机械湿法球磨，其中采用的溶剂为正庚烷；

13、所述球磨过程中球料比为20～40:1、球磨转速为250～350rpm、球磨罐为不锈钢罐、采用直径为8mm和6mm的不锈钢磨球。

14、3.上述镁基储氢材料在固态储氢方面的应用。

15、本发明的有益效果在于：

16、1、本发明公开了一种基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料，一方面形成的mg2ni相可以促进h2解离，很好的发挥“氢泵”的作用，通过球磨后mg2ni的相变得更加细小，更好的为氢的解离和扩散提供了大量的活性位点，促进mgh2稳定高效地储氢动力学；另一方面gd固溶在mg基体当中，造成晶格畸变，有效地促进mg-h解离，极大程度上改善了mgh2的热力学稳定性，在固态储氢方面具有良好的应用前景。因此基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料，具有以下优点：(1)具有稳定的储氢循环动力学性能，经历了130次吸放氢循环后储氢量依然能够保持98.8％以上；(2)增加放氢量和提升放氢速度(在300℃下，基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料氢化后释放5.8wt.％的氢气只需要5min)；(3)增加了吸氢量(基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料能够在120℃下10min内快速吸氢3.5wt.％)。

17、2、本发明还公开了一种基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料的制备方法，先将纯度不小于99％的纯镁锭、mg-30wt.％ni中间合金以及mg-30wt.％gd合金中间合金混合，进行真空熔炼得到mg-ni-gd合金，然后进行机械湿法球磨得到基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料。本发明的制备方法简单、容易操作，可以满足镁基储氢材料的工业应用要求。

18、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于mg-ni-gd合金的镁基储氢材料，其特征在于，所述镁基储氢材料为mg-ni-gd合金和不可避免杂质，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中含有gd 2％～12％、ni2％～12％、不可避免杂质和余量的mg。

2.根据权利要求1所述的镁基储氢材料，其特征在于，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中ni含量为7.8wt.％、gd含量为2.2wt.％。

3.根据权利要求1所述的镁基储氢材料，其特征在于，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中ni含量为2.2wt.％、gd含量为7.8wt.％。

4.根据权利要求1所述的镁基储氢材料，其特征在于，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中ni含量为2wt.％、gd含量为12wt.％。

5.根据权利要求1所述的镁基储氢材料，其特征在于，按照质量百分比计，所述镁基储氢材料中ni含量为12wt.％、gd含量为2wt.％。

6.权利要求1～5任一项所述镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纯镁中镁锭的纯度不小于99％。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述球磨为机械湿法球磨，其中采用的溶剂为正庚烷；

9.权利要求1～5任一项所述镁基储氢材料在固态储氢方面的应用。

技术总结
本发明涉及一种基于Mg‑Ni‑Gd合金的镁基储氢材料及其制备方法和应用，属于镁基储氢材料的技术领域。本发明的镁基储氢材料为Mg‑Ni‑Gd合金和不可避免杂质，按照重量百分比计，所述Mg‑Ni‑Gd中含有Gd 2％～12％、Ni 2％～12％、不可避免杂质和余量的Mg。本发明的镁基储氢材料利用纳米化和元素自身催化效果来提升储氢性能，具有以下优点：(1)具有稳定的储氢循环动力学性能，经历了130次吸放氢循环后储氢量依然能够保持98.8％以上；(2)增加了放氢量和提升了放氢速度；(3)提升了吸氢速度和增加了吸氢量。

技术研发人员：陈玉安,邱俊淇,丁朝,王敬丰,潘复生,郭嘉成,唐伟能,胡勇,闻发平,诸天柏,张珂,崔荣彬
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4