[发明专利]一种氢气净化用金属箔材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氢气净化用金属箔材，所述金属箔材为三明治结构，所述三明治结构的两侧为钯或钯合金，中间层为5B族金属铌、钒或钽。另外，本发明还公开了该金属箔材的制备方法。本发明金属箔材的三明治结构表面为钯或钯合金，内部为5B族金属铌、钒或钽，表面的钯层不仅可以对氢气具有较好的催化分解/重组作用，而且由于钯具有较好的抗氢脆能力，对中间层的5B族金属起到支撑作用，能显著减少箔材中的金属钯的用量，明显降低材料的成本。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种氢气净化用金属箔材及其制备方法。

背景技术

氢能具有来源多样、终端零排、用途广泛等优势，在能源、轨道交通、先进制造等领域具有广阔的应用前景，大力发展氢能对保障我国能源安全、应对全球气候变化意义重大。氢燃料电池是最广为人知的氢能产业应用之一，具有燃料能量转化率高、噪音低以及零排放等优点，受到各国政府和企业的广泛关注。但是，氢气具有密度小、易燃易爆等性质，在输送、分配及加氢等环节存在储氢难、体积大、加氢困难、危险性大等缺点，因此氢燃料电池在全面普及应用之前必须解决氢气的存储与运输问题。

甲醇重整氢燃料电池是一种以甲醇为能源载体，通过化学催化重整生成氢气供燃料电池使用，具有体积小、能耗小、原料易得、安全性高等特点，解决了氢气的存储和运输问题，摆脱了对加氢站的依赖，是目前国内最易实现的燃料电池技术之一。重整器是甲醇重整氢燃料电池关键部件，甲醇经重整反应后的气体中含有少量的一氧化碳，而一氧化碳是催化剂的严重毒化剂，导致电池性能衰减或寿命缩短。

钯膜对氢的选择渗透性很强，设备简单且可以连续生产，具有小型、静音和紧凑的优点，是目前用于氢气分离和提纯的唯一商业化无机膜。目前，钯膜按照制备工艺可分为自支撑型钯膜和复合钯膜。自支撑型钯膜一般采用轧制的方法制备，该方法工艺过程简单，适用于大批量的钯膜生产。复合钯膜是将钯金属膜覆载于多孔载体(如陶瓷和不锈钢等)的表面制成，与轧制法制备的自支撑型钯膜相比，复合钯膜透氢速率大幅提高。但是多孔载体和钯膜间物理性能的相差比较大，使用过程中冷热循环条件下易造成结构不稳定，而多孔不锈钢载体在长期使用过程中易与钯膜之间发生扩散，导致钯膜失效。目前，轧制法制备的自支撑型钯膜是甲醇重整氢燃料电池中最常用的氢气纯化材料。

自支撑型的钯膜一般首先将钯或钯合金采用真空熔炼方法制备成铸锭，铸锭采用高温均质化后多次反复冷轧结合必要的中间退火的方式直至达到要求的厚度。目前，常用于制备钯膜的合金牌号包括Pd、PdCu40、PdAg23和PdY8等。但是，随着近年来金属钯价格的持续攀升，采用直接熔铸和轧制法制备的钯膜的成本逐渐增加，这极大限制了钯膜在氢气净化领域的应用。

因此，通过降低钯膜(也称为钯箔材)中金属钯的含量，进一步降低其使用成本，具有重大意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种氢气净化用金属箔材及其制备方法。该金属箔材的三明治结构两侧为钯或钯合金，中间层为5B族金属铌、钒或钽，表面的钯层不仅可以对氢气具有较好的催化分解/重组作用，而且由于钯具有较好的抗氢脆能力，对中间层的5B族金属起到支撑作用，能显著减少箔材中的金属钯的用量，明显降低材料的成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氢气净化用金属箔材，其特征在于，所述金属箔材为三明治结构，所述三明治结构的两侧为钯或钯合金，中间层为5B族金属铌、钒或钽。

另外，本发明还提供了一种制备上述氢气净化用金属箔材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、钯或钯合金板的制备：采用定向凝固的方法制备钯铸锭或钯合金铸锭，将制备的铸锭轧制至所需尺寸，相应的得到钯板材或钯合金板材；

步骤二、一次爆炸复合：采用步骤一中制备的钯板材或钯合金板材作为复板，采用铌板材、钒板材或钽板材作为基板，将复板和基板表面打磨，然后按照复板在上，基板在下进行叠放，进行爆炸焊接，得到一次爆炸复合板；