專利名稱：含堿土金屬-鋁氫化物的鎂基復(fù)合儲氫材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儲氫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及含堿土金屬一鋁氫化物的鎂基復(fù) 合儲氫材料及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟和人口的不斷增長，煤炭、石油和天然氣等化石能源日益消 耗殆盡，同時，這些傳統(tǒng)能源在使用過程中造成了極其嚴(yán)重的環(huán)境污染，人類 迫切需要尋求和開發(fā)可再生的、清潔的新型能源。在太陽能、核能、風(fēng)能和生 物質(zhì)能等新能源體系中，氫能由于具有清潔、來源廣泛、熱值高、利用途徑多 等優(yōu)點被認(rèn)為是人類未來理想的二次能源，也成為世界各國競相研究的重點領(lǐng) 域。在整個氫能系統(tǒng)中，氫的儲存是氫能應(yīng)用的關(guān)鍵，也是目前限制氫燃料電 池汽車商業(yè)化的主要技術(shù)難點之一。與低溫液態(tài)和高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)相比，利 用儲氫材料與氫的相互作用進(jìn)行氫的固態(tài)儲存具有安全、高效和經(jīng)濟的優(yōu)點， 因而成為最具開發(fā)價值的儲氫技術(shù)。
儲氫材料種類繁多，其中，儲氫合金的研究最為廣泛，它不僅是一種優(yōu)良 的儲氫材料，而且還兼顧其它功能性質(zhì)，可廣泛用于氫的儲存和運輸，鎳氫電 池，氫氣的分離、回收與凈化和金屬氫化物壓縮機、空調(diào)與制冷等領(lǐng)域。與其 它類型的儲氫合金f如AB5型稀土系合金、AB2型Laves相合金和V基固溶體等) 相比，鎂及其合金作為儲氫材料，具有儲氫容量高(如MgH2的儲氫量達(dá)7.6 wt.%)，資源豐富，價格低廉，質(zhì)量輕和對環(huán)境污染小等優(yōu)點。但是其過高的吸 放氫溫度和較慢的吸放氫速率(尤其是在較低溫度下)大大限制它的應(yīng)用。
近年來，人們積極探索并采用元素取代、制備鎂基復(fù)合儲氫材料、表面處 理以及新的合成方法和制備工藝等多種手段來改善鎂基儲氫合金吸放氫的熱力 學(xué)和動力學(xué)性能。其中，制備鎂基復(fù)合儲氫材料，不但可以保持鎂基儲氫合金
3高儲氫量等優(yōu)點，而且可以通過材料組織結(jié)構(gòu)變化、多相催化和表面催化等途 徑顯著提高其吸放氫的活性和速率，并有效降低吸放氫的溫度。迄今，選擇用 于與鎂基儲氫合金復(fù)合的物質(zhì)主要有其它類型的儲氫材料、金屬單質(zhì)、金屬 氧化物或鹵化物和非金屬元素等。然而，目前在鎂基儲氫合金中同時添加堿土 金屬一鋁氫化物和過渡金屬鹵化物，制備鎂基復(fù)合儲氫材料還未見報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有鎂基材料固態(tài)儲氫存在的問題，提供具有優(yōu)良性能的含堿 土金屬一鋁氫化物的鎂基復(fù)合儲氫材料及制備方法。
本發(fā)明所提供的含堿土金屬—鋁氫化物的鎂基復(fù)合儲氫材料是由氫化鎂、
堿土金屬一鋁氫化物(Sr,Ca)2AlH7和過渡金屬鹵化物TiF3三種物質(zhì)組成，其化學(xué) 通式為MgH2 + xwt。/o(SrLyCay)2AlH7 + zwt。/oTiF3，其中，30《x《50， 0《.y 《0.5， 2《z《10。
本發(fā)明所提供的上述含堿土金屬一鋁氫化物的鎂基復(fù)合儲氫材料制備方法 具體如下
1、根據(jù)所述鎂基復(fù)合儲氫材料的設(shè)計組分配比，準(zhǔn)確稱取MgH2、 (Sr,Ca)2AlH7和TiF3三種原料粉末，倒入不銹鋼材質(zhì)的球磨罐(體積為100~250 ml)中混合，同時，在球磨罐中放入直徑為6 10mm的不銹鋼磨球；然后在一 定壓力的保護(hù)氣氛下，采用高能球磨機對上述混合粉末進(jìn)行機械球磨處理后， 獲得所述的復(fù)合儲氫材料。
球磨時，采用行星式球磨機，球料比為15:1-20:1，轉(zhuǎn)速為350~400 rpm， 球磨時間為10 20h，球磨保護(hù)氣氛為氬氣或氫氣，氣氛的壓力為l~5atm。
上述MgH2，(Sr,Ca)2AlH7和TiF3三種原料粉末的粒度均為200目以下，MgHz 和TiF3的純度不低于99 wt.%, (Sr,Ca)2AlH7的純度不低于80 wt.%。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
(1)本發(fā)明提供的復(fù)合儲氫材料具有優(yōu)良的儲氫性能，在擁有高儲氫量的同時，具有好的低溫吸氫動力學(xué)性能和高的吸放氫循環(huán)穩(wěn)定性。
(2)本發(fā)明提供的復(fù)合儲氫材料的制備方法，工藝簡單，省能省時，安全可罪。
圖1本發(fā)明實施例中復(fù)合儲氫材料的x射線衍射圖譜。
圖2本發(fā)明實施例中復(fù)合儲氫材料在不同溫度下的吸氫動力學(xué)曲線。 圖3本發(fā)明實施例中復(fù)合儲氫材料在吸放氫循環(huán)中初始6次的吸氫動力學(xué) 曲線。
具體實施例方式
實施例按照MgH2 + 30 wt.% (Sr。.8Caa2)2AlH7 + 5 wt.% TiF3的設(shè)計組成， 準(zhǔn)確稱取MgH2， (Sra8Caa2)2AlH^n TiF3三種原料粉末，倒入體積為250 ml的 不銹鋼材質(zhì)的球磨罐中混合，同時，在球磨罐中放入直徑為lOmm的不銹鋼球， 球料比為20:1;在對球磨罐抽真空和充氬清洗反復(fù)3次后，充入0.5MPa的氫氣 作為保護(hù)氣氛，采用行星球磨機對混合粉末進(jìn)行機械球磨處理，球磨轉(zhuǎn)速為400 rpm，球磨時間為10h。球磨后所得復(fù)合儲氫材料的X射線衍射圖譜如圖1所示， 可見復(fù)合儲氫材料主要由MgH2， (Sr,Ca)2AlH7和TiF3三種物相組成。
在初始?xì)鋲簂MPa和不同溫度下(323 K、 373 K和473K)，對放氫后的復(fù) 合儲氫材料進(jìn)行吸氫性能測試，結(jié)果如圖2所示?？梢?，復(fù)合儲氫材料具有優(yōu) 良的低溫吸氫性能，例如，在373K，復(fù)合儲氫材料的吸氫量為3.5 wt.%,且在 90 s內(nèi)就能吸收3.0 wt,y。的氫氣。分別在373 K和573 K下進(jìn)行吸氫和放氫過程 的循環(huán)測試，其中初始6次的吸氫動力學(xué)曲線如圖3所示(吸氫初始壓力為1 MPa)?？梢姡瑥?fù)合儲氫材料無需活化，第一次吸氫就能達(dá)到最大吸氫量，且具 有高的吸放氫循環(huán)穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1、含堿土金屬-鋁氫化物的鎂基復(fù)合儲氫材料，其特征在于該鎂基復(fù)合儲氫材料是由氫化鎂、堿土金屬-鋁氫化物(Sr，Ca)2AlH7和過渡金屬鹵化物TiF3三種物質(zhì)組成，其化學(xué)通式為MgH2+x wt.％(Sr1-yCay)2AlH7+z wt.％TiF3，其中，30≤x≤50，0≤y≤0.5，2≤z≤10。
2、 權(quán)利要求1所述的鎂基復(fù)合儲氫材料的制備方法，其特征在于該方法具體如下(1) 按所述鎂基復(fù)合儲氫材料的設(shè)計組分配比，準(zhǔn)確稱取MgH2、 (Sr，Ca)2AlH7和TiF3三種原料粉末并混合；(2) 在一定壓力的保護(hù)氣氛下，采用高能球磨機對步驟(1)的混合粉末進(jìn) 行機械球磨處理，制得所述的鎂基復(fù)合儲氫材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述MgH2， (Sr，Ca)2AlH7 和TiF3三種原料粉末的粒度均為200目以下，MgH2和TiF3的純度不低于99 wt.%， (Sr，Ca)2AlH7的純度不低于80 wt.%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述混合粉末球磨時的 保護(hù)氣氛為氬氣或氫氣，保護(hù)氣氛的壓力為1 ~ 5 atm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述混合粉末球磨時采 用不銹鋼球磨罐及不銹鋼磨球，所述不銹鋼球磨罐的體積為100~250ml，不 銹鋼磨球直徑為6 10 mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述混合粉末球磨時采 用行星式球磨機，球料比為15:1 ~ 20:1，轉(zhuǎn)速為350 ~ 400 rpm，球磨時間為 10~20h。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含堿土金屬-鋁氫化物的鎂基復(fù)合儲氫材料及制備方法，屬于儲氫材料技術(shù)領(lǐng)域。該儲氫材料的化學(xué)通式為MgH<sub>2</sub>+x wt.％(Sr<sub>1-y</sub>Ca<sub>y</sub>)<sub>2</sub>AlH<sub>7</sub>+z wt.％TiF<sub>3</sub>，其中30≤x≤50，0≤y≤0.5，2≤z≤10，是通過機械球磨MgH<sub>2</sub>，(Sr，Ca)<sub>2</sub>AlH<sub>7</sub>和TiF<sub>3</sub>三種原料粉末而獲得，球磨時采用行星式球磨機，球料比為15∶1～20∶1，轉(zhuǎn)速為350～400rpm，球磨時間為10～20h，球磨保護(hù)氣氛為氬氣或氫氣，氣氛的壓力為1～5atm。本發(fā)明的優(yōu)點在于制備工藝簡單，所提供的復(fù)合儲氫材料無需活化，在擁有高儲氫量的同時，具有好的低溫吸氫動力學(xué)性能和高的吸放氫循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明適合用于氫的安全、高效儲存和輸送，尤其是氫燃料電池等領(lǐng)域。
文檔編號C01B3/02GK101549854SQ200910026578
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者張慶安, 斯庭智, 柳東明 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)