一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法

本发明涉及一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，属于制氢合金材料。

背景技术：

1、随着化石燃料消耗和环境污染不断增加，能源危机和环境污染已经成为当前人类发展中的两个重要问题。为了解决这些问题，需要发展新能源产业。氢能因其能量密度高、无污染和可再生等优点，被誉为21世纪最具潜力的新能源之一，加大对氢能的利用可以有效解决环境污染和能源危机。然而，常见的制氢方法均存在成本高、产氢效率低的缺点，而且氢气的储存和运输也存在诸多问题，这些问题给使用带来了成本和危险性的增加。相比其他方法，金属水解现场制氢具有绿色环保、产氢效率高和成本低的优点，同时可以有效解决氢气的储存和运输问题。

2、常用于水解制氢的金属有铝和镁，其中铝具有能量密度高、储量丰富和易于储存等优点，但其表面的氧化膜限制了与水的接触，因此必须对铝进行活化处理。机械球磨是将铝粉和其他原料进行混合球磨，是最常见的活化方法。活化后铝基材料在中性条件下就可与水反应产生氢气，在反应过程中产生大量热量使反应速率迅速上升，待大多数铝反应完全后，产氢速率迅速下降。因此活化后的铝在水解过程中不能较平稳的产生的氢气，不能很好的应用在燃料电池中。另外，机械球磨是一种物理的混合方法，单纯的使用机械球磨，容易造成活化后的铝基材料内部缺陷的形成，无法大幅提高铝基材料的水解活性。

3、中国专利申请cn108975269a公开了一种高能球磨增强活化铝制氢材料，将铝粉、无水柠檬酸或冰醋酸中的至少一种和有机溶剂进行机械球磨，得到改性铝水解制氢材料。中国专利申请cn102992263a公开了一种al-bi-nacl-碱金属或氢化物水解制氢复合材料，将a1粉、bi粉、氯化钠粉末、碱金属单质或氢化物粉末进行机械球磨，得到al-bi-nacl-碱金属或氢化物水解制氢复合材料。中国专利申请cn115872357a公开了一种改性铝水解制氢材料，将金属铝、活化金属、可溶性盐和沸石进行机械球磨，得到改性铝水解制氢材料。

4、以上传统铝合金制备方法采用单一球磨的方法活化，活化后铝基材料合金化程度低，活化后铝基材料转化率低，活性无法得到大幅提升，水解反应有加速和减速阶段，水解反应较为剧烈。产氢速率迅速上升后下降，氢气快速产出，产出的氢气不能及时利用，对氢气缓冲罐有较高的要求。而且，反应快速放热，使燃料电池系统工作的温度较高，增加了系统工作的风险性。另外，传统铝合金水解材料为粉状，耐氧化性能差，不易运输储存。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

3、一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，方法步骤包括：

4、（1）称取原料低熔点金属和铝加入熔炼炉中，充分熔融后，得到熔体；低熔点金属的质量为原料总质量的6%~10%，铝的质量为原料总质量的90%~94%；

5、（2）将所述熔体逐滴分散倒至冷却板上冷却，得到冷却后的合金粒；

6、（3）将所述合金粒放入破碎机中进行破碎，破碎结束后过筛，得到60~100目的合金粉体；

7、（4）惰性气体（元素周期表上所有0族元素对应的气体单质）氛围中，对所述合金分体进行球磨，球磨转速为400~600rpm/min，球料质量比为20~30:1，球磨时间为2~6h，球磨结束后，得到球磨合金粉体；

8、（5）将所述球磨合金粉体放入压片机中，压制成型，压力为2.8~3.2mpa，保压时间为1~10min，压制结束后，得到一种铝合金水解制氢用复合材料。

9、优选的，步骤（1）中，所述低熔点金属的熔点小于275℃。

10、优选的，步骤（1）中，所述低熔点金属为镓、铋、铟和锡中的一种以上。

11、优选的，步骤（1）中，熔炼温度为700~800℃，保温30min以上。

12、优选的，步骤（1）中，熔炼保温30min后，每隔10~15min搅拌炉内熔体一次，持续3次以上。

13、优选的，步骤（2）中，所述合金粒为块状或片状；所述冷却板为耐高温材质。

14、优选的，步骤（3）中，破碎功率为2000~3000w，破碎时间为10min~30min，破碎机每工作3~5min后，中断工作1~2min。

15、优选的，步骤（4）中，球磨转速为450~550rpm/min，球料质量比为24~26:1，球磨时间为4~5h。

16、优选的，步骤（4）中，球磨时，添加质量分数为所述合金分体质量3%以下的nicl2。

17、一种铝合金水解制氢用复合材料，通过以上方法制备得到。

18、有益效果

19、本发明提供了一种铝合金水解制氢用复合材料的制备方法，采用熔融-破碎-球磨-压制复合工艺，首先将低熔点合金和铝进行熔融，使其合金化；然后将熔融后的熔体合金逐滴倒入在冷却板的表面，使熔体合金冷却成为小块固体合金；之后破碎成为粉体，并进行球磨，大大提高铝合金活性并且减小压块后铝合金活性减小的程度；最后将球磨后的粉体在特定压力下压片，得到水解反应平缓、耐氧化性能强、更易于运输的水解铝合金材料。

20、本发明提供了一种铝合金水解制氢用复合材料的制备方法，该方法提高了铝基合金材料的合金化程度，可以在铝基合金材料的内部和表面产生大量缺陷，提升了铝合金活性，大幅提高了水解反应产氢速率和反应转换率，产氢效率高，活化后铝基材料转化率高，提高了材料的利用率，降低了使用成本。采用压制成型工艺，制备得到较为匀速水解的块状铝合金材料。解决了传统铝基材料水解反应不平稳，反应过程中产生的大量氢气和热量无法及时消耗的问题，使铝合金水解反应可以稳定平缓的进行产氢速率波动小，氢气逐渐产出，产出的氢气及时使用，减小了氢气缓冲罐工作压力，反应逐渐放热，可以降低燃料电池系统工作的温度，使氢燃料电池系统工作更加安全。并提高了铝合金的耐氧化性能，方便运输储存。

21、本发明提供了一种铝合金水解制氢用复合材料，可以应用在氢燃料电池系统中，使氢燃料电池及时响应，使电池系统安全的工作，在便携式燃料电池系统应用方面具有重大意义。

技术特征：

1.一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，其特征在于：方法步骤包括：

2.如权利要求1所述的一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述低熔点金属的熔点小于275℃。

3.如权利要求2所述的一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述低熔点金属为镓、铋、铟和锡中的一种以上。

4.如权利要求1或2或3所述的一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中，熔炼温度为700~800℃，保温30min以上。

5.如权利要求4所述的一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中，熔炼保温30min后，每隔10~15min搅拌炉内熔体一次，持续3次以上。

6.如权利要求1或2或3所述的一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述合金粒为块状或片状；所述冷却板为耐高温材质。

7.如权利要求1或2或3所述的一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤（3）中，破碎功率为2000~3000w，破碎时间为10min~30min，破碎机每工作3~5min后，中断工作1~2min。

8.如权利要求1或2或3所述的一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤（4）中，球磨转速为450~550rpm/min，球料质量比为24~26:1，球磨时间为4~5h。

9.如权利要求1或2或3所述的一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤（4）中，球磨时，添加质量分数为所述合金分体质量3%以下的nicl2。

10.一种铝合金水解制氢用复合材料，其特征在：通过权利要求1~9任意一项所述方法制备得到。

技术总结
本发明涉及一种铝合金水解制氢用复合材料及其制备方法，属于制氢合金材料技术领域。首先将低熔点合金和铝进行熔融，使其合金化；然后将熔融后的熔体合金逐滴倒入在冷却板的表面，使熔体合金冷却成为小块固体合金；之后破碎成为粉体，并进行球磨，大大提高铝合金活性并且减小压块后铝合金活性减小的程度；最后将球磨后的粉体在特定压力下压片，得到水解反应平缓、耐氧化性能强、更易于运输的水解铝合金材料。

技术研发人员：邹美帅,朱理想,王硕,李晓东,王潇萱,苏醒
受保护的技术使用者：北京理工大学前沿技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5