[发明专利]一种镁银储氢材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种镁银储氢材料的制备方法。

背景技术

储氢材料是在一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的物质，具有贮氢量大、无污染、安全可靠、可重复使用等特点。储氢材料种类繁多，由于制备技术和工艺的成熟，其中储氢合金已成为目前应用最为广泛的储氢材料。在金属和合金中，单质Mg储氢容量高，其氢化物MgH₂的储氢量达7.6 wt.%，并且具有资源丰富、价格低廉、质量轻等优点。因此，Mg及Mg基合金被认为是最有希望的燃料汽车等用的储氢材料。就目前而言，Mg与Mg基储氢合金离实用化还有一定的距离。这主要是因为：（1）该类合金吸放氢热力学性能差，通常需要在350 ℃左右才能有效吸放氢；（2）吸放氢速度较慢，即吸放氢动力学性能差；（3）活化困难以及循环寿命低。

研究表明采用合金化的方法生成Mg的金属化合物可以在一定程度上改善Mg基合金的吸放氢性能。目前采用的合金化元素主要有Ni、Al、Si和Ge等。一般人们采用普通熔炼的方法制备Mg-Ni和Mg-Al储氢合金。其中Mg₂Ni合金具有3.6 wt%的储氢容量以及较合适的吸放氢热力学和动力学性能而被人们广泛关注。然而，由于Mg具有蒸汽压低的特性，Mg和Ni的熔点相差大（相差800 ℃），通过熔炼存在烧损大且工艺不易控制的特点。基于上述原因，通过熔炼制备Mg-Si和Mg-Ge储氢合金还未见报道。通过球磨MgH₂和Si或Ge在放氢时生成Mg₂Si或Mg₂Ge可以降低放氢温度，然而该体系在目前的技术条件下是不可逆的[J. J. Vajo, F. Mertens, C. C. Ahn, R.C. Bowman and B. Fultz, J. Phys. Chem. B, 108 (2004) , 13977；G. S.Walker,M. Abbas,D. M. Grantand C. Udeh, Chem. Commun., 47 (2011) , 8001.]；此外，MgH₂的使用大大增加了成本。

综上所述，寻找性能优良、能与Mg形成合金化并且制备工艺简单的新体系是Mg基储氢合金应用的关键所在。在Mg-Ag合金体系中有多种金属化合物存在，按照合金体系中吸氢元素Mg的储氢量计算，其中Mg₃Ag和Mg₄Ag可能具有2.5 wt%以上的储氢量。然而，目前未见国内外有该类储氢合金体系的报道。本发明首次通过熔炼的方法制备了含Mg摩尔比75~80%的Mg-Ag二元合金。由于Mg、Ag熔点相差较小（相差300 ℃），并且Mg₃Ag和Mg₄Ag具有较低的熔点（低于500 ℃），故该合金体系熔炼烧损少、简单易控制。研究发现该类合金均由多相组成，具有良好的可逆吸放氢性能。为了进一步提高其吸放氢热力学和动力学性能，本发明将熔炼合金球磨产生非晶化并添加少量催化剂。该方法起到了良好的效果，该类合金与已应用的Mg及Mg基合金相比具有无需储氢活化、吸放氢速度快和循环稳定性高的特点，具有较好的应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种镁银储氢材料的制备方法。该制备方法简单，成分均匀可控，储氢性能优良特别是具有无须储氢活化、吸放氢速度快和循环稳定性高的优良特性。

本发明所提供一种镁银储氢材料的制备方法具体步骤如下：

(1) 按镁银储氢材料的成分称取一定量的Mg和Ag原料，所述Mg和Ag原料的纯度均不低于99.0wt.%，其中含Mg的摩尔比75~80%，其余为Ag，对所述Mg元素添加8~10wt.%的烧损，然后采用感应熔炼炉熔炼制得镁银合金；

(2) 将步骤（1）得到的镁银合金于普通真空退火炉中300 ℃退火6小时，用砂轮机除去退火合金表面的氧化皮后于手套箱中研磨成100目的镁银合金粉末；