[发明专利]制氢用的Al-Ga-In-Sn-Mg合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种制氢用的Al‑Ga‑In‑Sn‑Mg合金及其制备方法，本发明利用Mg的掺杂降低了贵金属Ga、In的用量，因此降低了生产成本；另外，镁与水反应过程中会释放大量热，对整个制氢反应起到催化作用，从而控制产氢速率，同时镁作为活泼轻金属，通过掺加镁，能够提高材料的能量密度。

技术领域

本发明涉及铝合金制氢领域，具体涉及一种可快速与水反应释放氢气的Al-Ga-In-Sn-Mg合金及其制备方法，以及其在燃料电池的中应用。

背景技术

化石能源与人们的日常生活息息相关，在人类社会的发展中起到了不可替代的作用。无论是在人们日常生活中使用的煤气，还是工业生产中用的电能热能大都由化石能源提供。然而此类传统能源属于一次性非再生能源，其不可持续性以及人类连续的庞大消耗，导致其产量逐渐萎缩。此外，化石燃料的大量消耗造成了大量温室气体的排放，引起全球温度升高，海平面上升，加剧了温室效应。因此，由化石燃料燃烧而产生的温室气体而导致的温室效应已严重威胁了人类的生存，人们急需要找到清洁无污染的新能源代替化石燃料，作为未来能源应用的主要支柱。

当前，新能源的研究与应用主要体现在以下几各方面：太阳能、风能、潮汐能、核能以及氢能等。其中氢气是一种可再生，并且具有高的燃烧热值的能源，其热量大约是汽油等化石燃料的三倍，并且氢气与氧气反应生成水，无任何污染，被誉为干净能源。同时，氢的来源十分广泛，可通过多种途径制取，转化成其他各种形式的能量，这就在很大程度上促进了它的发展和应用。当今，高端尖的宇宙探索，军事领域额的武器应用越来越多的见到了氢能利用的身影，这些对技术整体性能有着严格要求的领域再次证明了氢能的巨大优势。但是，氢气的运输和贮存目前还存在一些问题，氢气属于易爆气体，在空气中极不稳定，易发生爆炸。因此，氢气的运输是目前限制氢气发展的重要因素。

现在，常见的氢气的制备途径有实验室制氢法、工业制氢法、其他含氢物质制氢以及一些制氢的新方法。其中，实验室制氢方法主要包括：金属与酸反应、金属与碱反应、金属与水反应以及实验室用电解水制氢等。工业制氢的方法主要包括：一次能源转换制氢、电解水制氢以及其它含氢物质制氢等。

储氢方法大体上划分为五个大类，它们是液态储氢、高压储氢、有机化合物储氢、金属化合物储氢和吸附储氢。其中最常见的是金属化合物储氢。现在，实验室及工业上产中涉及最多的合金储氢材料基本可概括为镁系储氢材料、稀土系储氢材料、钛系储氢材料和钒系储氢材料。

上述的制氢方法及储氢材料，各有缺陷。因此，人们在不断地探究一种制氢的新方法。而金属铝以其优异的性能脱颖而出。铝是地球上含量最多的元素之一，其储量丰富，具有很高的能量密度，广泛受到了科学家的关注。理论上，金属铝可以与铝反应直接制得高纯度氢气，但是由于其表面具有氧化膜所以严重限制了反应的进一步进行。目前的主要任务是研究如何破坏氧化膜，使反应继续进行。现行的办法主要有以下几种：使铝直接与酸碱进行反应；使铝与其它物质进行球磨；通过表面改性的方法等，从而除去表面的氧化膜，制得氢气。但是上述方法存在对反应容器要求高、能耗大等缺点。所以铝水解制氢的新方法还在不断探索中。

美国Woodall教授经过大量的实验发现，利用Al和Ga形成的二元合金可在室温下与水进行反应，产生氢气，但是其产氢性能并不是太理想；随后研究显示向Al-Ga二元合金中掺入了In和Sn制备的四元合金中由于形成了金属化合物In3Sn，具有非常好的产氢性能，然而由于金属In需求量大，成本较高。

生活中，我们常常会发现有许多废物回收站堆放着大量的回收金属，这些回收金属中最常见的就是铝合金，废铝合金对于现在的资源、环境和经济都造成压力。目前实验室在进行富铝合金制氢材料的研究时所用的都是经过工业电解产生的纯铝。废铝合金中常见的金属元素为镁。金属镁它是一种银白色的轻质碱土金属，其储量丰富、价格便宜，化学性质活泼，能与酸反应生成氢气，具有一定的延展性和热消散性，工业上经常将镁加入铝中制成铝镁合金，如能将其应用于产氢铝合金将会非常有意义。