[发明专利]一种纳米晶镁铝基贮氢材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米晶镁铝基贮氢材料及制备方法，其化学式组成为：Mg_100‑xAl_x+y(wt.％)C。式中x为原子比，y为质量百分比，且10≤x≤30，1≤y≤8。优选的合金组分为Mg₉₀Al₁₀+5wt.％C。该制备方法是在高纯氩气保护下通过将镁粒、铝粉与纳米石墨粉在行星式球磨机中混合球磨制得。本发明主要特点是在成分设计上采用自然界中储量丰富、价格低廉的Mg、Al为组成元素，同时添加少量的纳米石墨粉进行混合球磨。该工艺制备的上述组分材料为纳米晶结构，主相为Mg相，还包含少量的Al相。材料具备快速吸放氢性能，易破碎，最大贮氢量达到6.41wt.％，饱和吸放氢最快仅需600s，适用于车载贮氢系统或者加氢站。

技术领域

本发明属于贮氢合金技术领域，特别涉及一种纳米晶镁铝基贮氢材料及制备方法。

背景技术

氢燃料电池汽车(HFCV)由于补给时间短、无二次污染、续航里程远、易维修等优势被认为是未来汽车的终极形态。日本、英国、美国、韩国在HFCV的研发方面处于领先地位。但相比于电动汽车(EV，HEV)的迅猛发展，HFCV还未达到大规模应用的水平。限制其发展的主要因素除了较高的价格外，还在于缺乏安全、高效的贮氢方法。现有的高压气态贮氢、低温液化贮氢技术在安全、成本等方面无法满足用户要求。另外一种具有实用前景的贮氢方法是利用金属氢化物贮氢，氢以原子形态贮存于晶胞中，安全性高，可反复使用，易回收，综合成本低。不足之处在于唯一规模化生产的LaNi₅型贮氢合金的理论贮氢量仅有1.36wt.％，远不能满足车载贮氢系统以及加氢站对储能密度的要求。

金属镁基贮氢合金具备高的贮氢量，纯镁的贮氢量高达7.6wt.％，Mg₂NiH₄达3.6wt.％，Mg₂CoH₅达4.5wt.％，Mg₂FeH₆达5.4wt.％。另外，镁基贮氢合金还具有高的储热密度，达2800kJ/kg，是熔融盐储热量的10-20倍，是相变储热材料的4-7倍。结合我国庞大的光伏产业以及遍布全国的钢厂，利用太阳能发热或者钢厂废热使氢在镁基贮氢合金中高密度的贮存是实现氢能应用的关键。但上述贮氢合金吸放氢动力学性能差，Mg₂Fe、Mg₂Co合金制备效率低，Mg₂Co合金的价格还较高，不具备实用化前景。因此，提高吸放氢动力学性能，降低原材料成本以及研发易于规模化生产的制备技术是实现镁基贮氢合金应用的重点。金属镁与金属铝形成的化合物，具备较高的贮氢量，但传统熔铸法所制备的合金吸放氢动力学性能差，同时韧性好，难破碎。本发明通过将镁粒、铝粉与纳米石墨粉混合球磨制备的纳米晶镁铝基贮氢合金具备快速充放氢能力，为氢燃料电池汽车氢源以及加氢站提供了具有实用价值的贮氢合金及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米晶镁铝基贮氢材料，使贮氢合金吸放氢动力学性能大大改善，具备快速充放氢能力。

本发明的另一目的在于提供一种纳米晶镁铝基贮氢材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种纳米晶镁铝基贮氢材料，其特征在于：

该纳米晶镁铝基贮氢材料为由Mg-Al贮氢合金和石墨组成的粉末，其成分组成为：Mg_100-xAl_x+y(wt.％)C，其中：Mg_100-xAl_x为Mg-Al贮氢合金，x为原子比，10≤x≤30；C为纳米石墨粉，y为以Mg-Al贮氢合金质量为基数添加石墨的质量百分比，1≤y≤8。

所述纳米晶镁铝基贮氢材料的成分组成为：Mg₉₀Al₁₀+5wt.％C。

该镁铝基贮氢材料为纳米晶结构，材料颗粒形貌为片状。