一种储氢材料高效制备方法

摘要

本发明公开了一种储氢材料高效制备方法，属于功能金属材料领域，主要采用机械合金化和惰性气体保护下高温热处理相结合的方法。包含：首先将La、Mg或La‑Mg合金粉按比例装入球磨机中，再按比例加入Ni粉，必要时再按比例加入B或Al粉中的一种，采用高能球磨进行机械撞击合金化5～10h。然后将合金化后的粉末在0.3～0.5MPa氩气保护气氛下烧结炉中进行高温稳定化热处理，处理温度400～600℃，处理时间2～3h，然后随炉降至室温，即可得储氢材料，吸氢量可达到5.5wt％以上。本发明制备的储氢合金材料具有制备效率高、性能稳定，电化学容量高，储运方便，且易实现批量化生产等优点。

权利要求

1.一种储氢材料高效制备方法，其特征在于，所述的储氢材料按照每个单质元素摩尔百分比配比，成分为La2-xMg17Nix或La2-xMg17NixMy，M为Al、B中一种，x取值范围0＜x＜2之间，y范围0＜y≤1；采用机械合金化和惰性气体保护的高温热处理相结合的方法，包括以下步骤：步骤A：根据储氢材料的组成，按比例将La、Mg粉或La-Mg合金粉装入球磨机中，再按比例加入Ni粉，必要时再按比例加入B或Al粉中的一种，开启球磨机进行高速机械合金化，然后在惰性气体保护下将粉末取出；

步骤B：将机械合金化后的粉末置于惰性气体保护下的烧结炉中进行高温稳定化处理，随炉降至室温，获得储氢材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A加入球磨机的粉末粒径≤100μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A所述的球磨机为高能行星球磨机、搅拌球磨机及振动球磨机中一种，球磨机械合金化时间为5～10h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B所述的高温稳定化处理温度400～600℃，处理时间2～3h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A和步骤B中的惰性气体为氩气，步骤B中氩气气压为0.3～0.5MPa。

说明书

一种储氢材料高效制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于功能金属材料技术领域，涉及一种储氢材料高效制备方法。

背景技术

[0002] 氢作为一种清洁、高效、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的绿色能源。储氢技术的开发是整个氢能系统的关键环节之一，已成为能否早日实现氢经济的决定性因素，世界各国都极为重视储氢技术的开发和利用。固体金属储氢材料因具有安全稳定性高，储氢密度大，有望成为新一代高能材料。根据美国能源部2009年修订后的车载储氢系统，2015年金属储氢材料储氢量达到5.5wt％，最终目标达到7.5wt％。目前，金属储氢材料多采用熔炼法和机械球磨法制备。K.Kadir采用熔炼法制备的La0.65Ca0.35Mg1.32Ca0.68Ni9储氢合金材料，在3.3MPa氢压283K温度条件下合金储氢量为1.87wt％，而国内采用熔炼法制备的La-Mg系储氢合金材料储氢量普遍在1.5wt％左右。李霞等采用机械球磨法制备了La2Mg17-50％Ni储氢复合材料，球磨时间高达80h，最大吸氢量可达到5.13wt％，但该方法制备效率低。而且经过长时间机械球磨的储氢材料活性高，稳定性差，与空气接触甚至发生自燃问题，储运困难，且不利于批量化生产。

发明内容

[0003] 针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种储氢材料高效制备方法，主要采用机械合金化和惰性气体保护下高温热处理相组合的方法，即先采用球磨法在较短时间内实现粉末的微合金化，然后在惰性气体保护环境下进行高温稳定化处理，促进粉末的二次合金化，并实现粉末稳定化，采用该组合方法所制备的储氢材料具有制备效率高、性能稳定，吸氢量高，储运方便，且易实现批量化生产等优点。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0005] 一种储氢材料的高效制备方法，采用机械合金化和惰性气体保护下高温热处理相结合的方法。

[0006] 所述的储氢材料的高效制备方法，包含以下步骤：

[0007] 步骤A：根据储氢材料的组成按比例将La、Mg粉或La-Mg合金粉装入球磨机中，再按比例加入Ni粉，必要时再按比例加入B或Al粉中的一种，开启球磨机进行高速机械合金化，然后在惰性气体保护下将粉末取出；

[0008] 步骤B：将机械合金化后的粉末置于惰性气体保护下的烧结炉中进行高温稳定化处理，随炉降至室温，获得储氢材料。

[0009] 进一步地，步骤A加入球磨机的粉末粒径≤100μm。

[0010] 进一步地，步骤A所述的粉末按照每个单质元素摩尔百分比配比，成分为La2-xMg17Nix或La2-xMg17NixMy，M为Al、B中一种，x取值范围0＜x＜2，y范围0＜y≤1。

[0011] 进一步地，步骤A所述的球磨机为高能行星球磨机、搅拌球磨机及振动球磨机中一种，球磨机械合金化时间为5～10h。

[0012] 进一步地，步骤B所述的高温稳定化温度400～600℃，处理时间2～3h。

[0013] 进一步地，步骤A和步骤B中的惰性气体为氩气，步骤B中氩气气压为0.3～0.5MPa。

[0014] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的储氢材料高效制备方法是一种机械合金化和在惰性气体保护下高温热处理相结合的方法，首先采用机械球磨实现粉末微合金化，然后在惰性气体保护下进行高温热处理，促进合金体系中Mg2Ni、La2Mg17及LaNi5等吸氢相的生成；同时，减少表面活性，提高稳定性。具体是将La、Mg或La-Mg合金粉以及Ni粉按比例装入球磨机中，必要时再按比例加入B或Al粉中的一种可对储氢材料吸氢起催化作用，采用高能球磨进行机械撞击合金化5～10h。然后将合金化后的粉末在0.3～0.5MPa氩气保护气氛下的烧结炉中进行高温稳定化热处理，处理温度400～500℃，处理时间2～3h，然后随炉降至室温，即可得到储氢材料，吸氢量可达到5.5wt％以上。本发明提供的储氢材料制备方法制备周期短，效率高，粉末不仅保持高的吸氢量，且稳定性好，易于实现批量化生产。

附图说明

[0015] 图1是本发明提供的储氢材料XRD图。

[0016] 图2是本发明提供的储氢材料吸氢量图。

具体实施方式

[0017] 下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明提供的储氢材料及其高效制备方法进行详细描述。

[0018] 实施例1

[0019] 一种储氢材料高效制备方法，包含以下步骤：

[0020] 步骤a1、将La粉25.16g，Mg粉74.84g，Ni粉10.63g装入高能行星球磨机中，设定球磨机转速为200rpm，时间为5h，开启球磨机，进行高速机械合金化，球磨结束后在氩气保护的手套箱内将粉末取出。

[0021] 步骤b1、将合金化后的粉末在0.3MPa下氩气保护气氛下的烧结炉中进行高温稳定化处理，处理温度500℃，处理时间3h，随炉降至室温，获得LaMg17Ni储氢材料。所制备的LaMg17Ni储氢材料XRD图见附图1，最大吸氢量为5.52wt％，见附图2。

[0022] 实施例2

[0023] 一种储氢材料高效制备方法，包含以下步骤：

[0024] 步骤a2、将La-Mg合金粉100g装入高能行星球磨机中，按质量比加入Ni粉4.72g，Al粉2.17g，设定球磨机转速为300rpm，时间为5h，开启球磨机，进行高速机械合金化，球磨结束后在氩气保护的手套箱内将粉末取出。

[0025] 步骤b2、将合金化后的粉末在0.5MPa下氩气保护气氛下的烧结炉中进行高温稳定化处理，处理温度400℃，处理时间2h，随炉降至室温，获得La1.5Mg17Ni0.5Al0.5储氢材料，最大吸氢量为5.58wt％。

[0026] 实施例3

[0027] 一种储氢材料高效制备方法，包含以下步骤：

[0028] 步骤a3、将La粉14.39g，Mg粉85.61g，Ni粉18.24g及B粉1.12g装入振动球磨机中，设定球磨机转速为60rpm，时间为10h，开启球磨机，进行高速机械合金化，球磨结束后在氩气保护的手套箱内将粉末取出。

[0029] 步骤b3、将合金化后的粉末在0.4MPa下氩气保护气氛下的烧结炉中进行高温稳定化处理，处理温度500℃，处理时间3h，随炉降至室温，获得La0.5Mg17Ni1.5B0.5储氢材料，最大吸氢量为5.65wt％。

[0030] 综上可见，本发明实施例周期短，效率高，粉末不仅保持高的吸氢量，且稳定性好，易储存，可实现批量化生产。

[0031] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。