[发明专利]一种CaMg2

说明书

本发明公开了一种CaMg₂基合金氢化物水解制氢材料及其制备方法和应用，其通式为CaMg_xM_yH_z，其中M为Ni、Co或Fe，1.5≦x＜2.0，0＜y≦0.5，3≦z＜6。所述材料的制备方法包括以下步骤：(1)将三种纯金属块材叠放于坩埚中，其中M金属块材顶置；(2)将坩埚安装到感应熔炼炉中，抽真空，通入氩气；(3)启动感应熔炼炉使之均匀融合；之后随炉冷却，得到合金锭，锤碎后得到以CaMg₂为基的储氢合金；(4)将锤碎后的储氢合金进行氢化，得到水解制氢材料。本发明制备方法简单，成本低，该材料可在常温吸氢，吸氢性能好，制得的氢气纯净，可直接通入氢燃料电池使用。

技术领域

本发明涉及储氢材料的设计、制备及其氢化物的水解制氢，是在CaMg₂二元合金的基础上进行合金化，调控合金相结构改变材料的储氢性能；设计氢化相的结构，提高CaMg₂基合金氢化物的水解反应动力学性能。

背景技术

氢能具有高燃烧值、零污染、元素丰富等优点，使其成为最有潜力替代传统化石能源的二次能源。氢能的大规模开发和利用有望解决当下环境恶化和能源短缺双重问题，但先要解决氢的制取、储运和应用三大问题。释放储氢合金中氢气的方法除了氢化反应的逆反应之外，还有利用水解反应放氢，与前者相比，其可逆性差，但水解反应能置换出H₂O中的一个H原子，使得放氢量大大增加。而且水解制氢有着现场制氢的特点，原料为纯水，不需加热和压力调节，其应用方便快捷，操作安全。美国千年电池公司(Millennium Cell)于2001年推出的NaBH₄基即时供氢系统成功应用于Chrysler钠型燃料电池概念车，证实了水解供氢即时的实用性。由于水解制氢的诸多优点，水解制氢装置在氢能的大规模利用中必然会占有一席之地。

美国能源部(DOE)对于车用氢气储存系统提出的目标是质量储氢密度不低于6.5％，体积储氢密度不低于62kg H₂/m³，要达到该目标，应选用质量相对较轻的元素，考虑到安全性和原料易得的程度，CaMg₂合金具有较大潜力。其理论含氢量为6.3wt.％，原料来源广泛，价格低廉，但吸氢温度过高，同时氢化反应生成CaH₂和MgH₂，可逆性低。有文献报道CaH₂与MgH₂球磨后进行水解反应，CaH₂能有效改善MgH₂水解反应的速度和程度，30min后达到理论放氢量的80％。若以CaMg₂为原料，氢化后原位生成弥散的CaH₂和MgH₂必将更有助于提高水解反应的动力学性能。

但CaMg₂需在高温高压下才能氢化，氢化反应激活能较高。如何降低其激活能在工业生产中将变得十分重要，用更少的能量得到其氢化物，进而水解制氢是目前需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种改善CaMg2合金的吸氢性能的方法，该方法使其吸氢温度从300℃以上降到室温，同时尽量不减少其储氢量。本发明通过合金化，尽量保留合金有效储氢量，提高材料的吸氢性能，降低氢化反应激活能，生成一种CaMg₂基合金氢化物水解制氢材料，将有效改善CaMg₂的吸氢性能及其氢化物的水解性能。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备的CaMg_2-xM_x(x＝0.1或 0.2,M为Ni、Fe或Co)储氢合金。

本发明的再一目的在于提供所述储氢合金氢化后生成的CaMg₂基合金氢化物作为水解制氢材料应用于水解制氢的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：