[01364208]一种Mg2Ni0.9Co0.1H4基储氢材料的制备方法

1、课题来源与背景： 课题来源于国家自然科学基金资助项目：镁基双配位阴离子型氢化物的合成机制、结构及储氢特性（U1503192）,本发明是基于该项目的研发过程中获得的。 本发明的背景如下：在金属储氢材料中,由于低的价格、低的重量密度和高的储氢容量（重量比7.6 wt%）,金属Mg被认为是最有发展前景的储氢材料。然而,慢的吸放氢动力学和高的热力学稳定性,限制了它的进一步应用。人们在Mg中引入过渡金属（TM）,通过改变相结构形成Mg-TM-H系氢化物,能够达到改善镁基合金储氢热力学和动力学性能的目的。该途径包括两种情况：一是通过熔炼、烧结等普通方法制备稳定的金属间化合物Mg2Ni,然后直接氢化形成Mg2NiH4氢化物;另一种情况是尽管不存在稳定的Mg-TM（TM = Co, Fe, Cr, Mn等）金属间化合物,但通过高压反应球磨的方法可以制备Mg2FeH6,Mg2CoH5,Mg3CrH~6和Mg3MnH~6等氢化物。由于后一类氢化物一般在非常规的手段下制备（需要高达GPa的氢压力和长时间的反应球磨）,实际上它们的大规模应用是十分困难的。 Mg2NiH4具有两种不同结构的氢化物,即高温立方结构（LT）和低温单斜结构（HT）。为了进一步改善Mg2NiH4的储氢性能,人们试图发展Mg-Ni-Co-H四元材料新体系。通过熔喷的方法能够制备纳米晶和非晶的Mg2Ni1-xCox （x = 0-0.4）合金;尽管纳米晶和非晶能够改善合金的储氢性能,但Co并不能和其他元素一起形成任何氢化物,Co对储氢性能的有益作用没有得到有效发挥。此外,熔喷设备投资大、产率低,其不适合产业化生产的需求。近期,人们研究发现了结构完全不同于LT和HT型Mg2NiH4的Mg2Ni0.5Co0.5H4.4和Mg2Ni0.9Co0.1H4两种新型氢化物。其中,将Mg、Ni、Co粉在大于7 MPa的氢压下,400~800 rpm的球磨转速下长时间反应球磨得到Mg2Ni0.5Co0.5H4.4 。然而,从Mg2Ni0.9Co0.1H4氢化物大规模储氢应用的角度,以Mg2Ni0.9Co0.1H4为基的新型储氢材料和新的制备方法需要取得进一步的突破。 2、技术原理及性能指标 本发明的技术原理是：采用湿法球磨制备高化学稳定的Ni0.9Co0.1固溶体粉末,然后通过Mg粉与湿法球磨的Ni0.9Co0.1固溶体烧结制备母合金。母合金中含有少量的MgNi3Co相,其是一种未被发现（报道）的新相,这种新相具有过渡族金属的特性,对合金的储氢性能有良好的催化作用,结合Mg2Ni0.9Co0.1H4基体自身的高活性使得材料体系具有低的起始放氢温度（220 oC）和优良的放氢动力学性能。 本发明的性能指标为：制备的Mg2Ni0.9Co0.1H4基储氢材料从220 oC开始放氢,到320 oC放氢基本完成,放氢量为3.5~3.8 wt%,该材料具有良好的可逆储氢性能。 3、技术的创造性与先进性 本发明的创造性在于采用固溶+烧结的方法,即先形成Ni0.9Co0.1固溶体粉末,然后与Mg在氢气氛中反应形成Mg2Ni0.9Co0.1H4氢化物的两步合成法。特别是在烧结过程中原位形成了一种全新的少量MgNi3Co相,该相具有过渡族金属的特性,对合金的吸放氢性能有良好的催化作用,实现了Mg2Ni0.9Co0.1H4的高效生成和可逆循环储氢。 其先进性在于该制备方法具有工艺简单、高效、产率高、无污染的显著特点。实现了Mg2Ni0.9Co0.1H4氢化物的高纯制备（含量大于85 wt%）,从而使材料具有高的储氢容量（大于3.5 wt%）和好的可逆性。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 本发明采用的技术较成熟,可用于工业化生产储氢合金材料。它属于储氢技术领域,适用于各种气态H2的存储、燃料电池、加氢站、氢动力系统及氢能源汽车等所用的储氢材料。本发明生产过程无污染,无特殊要求,生产过程安全可控。 5、应用情况及存在问题 目前,本发明所制备的Mg2Ni0.9Co0.1H4氢化物已在实验室得到应用;但还未向相关企业转化和应用。其存在的问题有：1、该材料使用了少量的贵金属Co,与其他储氢材料相比,原材料成本略有增加。2、受到其他能源存储材料的快速发展的冲击,导致储氢材料的生产和需求下降。随着国家能源战略的进一步强化,这一现象将会得到改善。 6、历年获奖情况 无。