一種Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬儲(chǔ)氫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法，該方法制備出一種具有較容易活化、可逆儲(chǔ)氫容量高、脫氫活化能低的Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料。
【背景技術(shù)】
:
[0002]Mg和Li均為輕質(zhì)金屬元素，它們的理論儲(chǔ)氫容量分別為7.76被％和12.5wt%，是非常具有發(fā)展前景的高能量密度儲(chǔ)氫材料，然而由于Mg和Li元素過于活潑，與氫原子結(jié)合形成較為穩(wěn)定的氫化物，導(dǎo)致它們的實(shí)際應(yīng)用受到限制。在MgHjP LiH中，氫原子主要占據(jù)在金屬原子間的間隙位置上，因此，間隙位置的多少直接影響著金屬氫化物的儲(chǔ)氫量。Mg和Li的復(fù)合在一定程度能提高M(jìn)g-Li體系的儲(chǔ)氫性能，但Mg-Li體系復(fù)合儲(chǔ)氫材料的熱力學(xué)依然較為穩(wěn)定，為提高M(jìn)g-Li體系的綜合儲(chǔ)氫性能，在Mg-Li體系摻入第三元素或者更多元素有望解決上述問題。同時(shí)為保證Mg-Li體系儲(chǔ)氫容量達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求，把Mg-Li體系制備成固溶體材料不失為一種行之有效的方法，因?yàn)楣倘荏w的晶格類型仍然保持與溶劑晶格類型相一致，氫原子在固溶體中所占據(jù)的位置并未減少。因此以Mg或者Li作為基體制備Mg-Li體系固溶體材料，在很大程度上能保證復(fù)合材料的儲(chǔ)氫容量。Si作為一種特殊元素，兼?zhèn)淞藷o機(jī)材料與有機(jī)材料的特點(diǎn)，Mg、Li和Si三元輕質(zhì)元素的復(fù)合，有望解決Mg-Li體系儲(chǔ)氫材料熱力學(xué)穩(wěn)定性高，不易分解以及吸放氫動(dòng)力學(xué)性能差的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0005]一種Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法的工藝步驟如下:
[0006]1.按照Mg:L1:Si =90: (10-X):X的原子比均勻混合后壓制成圓形片狀樣品，其次把圓形片狀樣品置于真空退火爐中，利用氬氣保護(hù)，在溫度為500°C條件下退火2h，然后再把圓形片狀樣品破碎，得到復(fù)合材料粉末；所述X = O, 2,4,6ο
[0007]2.在氬氣保護(hù)下，利用行星球磨機(jī)，按球料比為40:1，以300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速對(duì)步驟
I)的復(fù)合材料粉末進(jìn)行機(jī)械球磨。
[0008]3.在球磨過程中，每間隔5小時(shí)在氬氣保護(hù)下對(duì)樣品進(jìn)行處理，避免復(fù)合材料粉末粘觸。
[0009]4.球磨50h后采集樣品，最后進(jìn)行XRD，PCT以及DTA/TG測試。
[0010]上述經(jīng)退火再機(jī)械球磨50小時(shí)后，Mg9tiLi6Siz^PI Mg9tiLi4Si6^金在較低的溫度下即可吸放氫，且它們的脫氫活化能較低。
[0011]上述的Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料制備成燃料電池，主要應(yīng)用于氫能存貯系統(tǒng)中。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):經(jīng)退火再機(jī)械球磨50h制備的Mg:L1:Si = 90: (10_X):X復(fù)合材料，其中:X = O, 2，4，6，在X = 4和X = 6對(duì)應(yīng)合金中具有較高的儲(chǔ)氫容量，且它們的脫氫活化能較低，為以后固溶體儲(chǔ)氫材料的研究奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0013]圖1Mg90Li10 xSix(X = O, 2，4，6)復(fù)合材料的 XRD 圖。
[0014]圖2Mg90Li10 xSix(X = O, 2，4，6)復(fù)合材料氫化后的 XRD 圖。
[0015]圖3Mg90Li10 xSix(X = O, 2，4，6)復(fù)合材料脫氫后的 XRD 圖。
[0016]圖4Mg90Li10 xSix(X = O, 2，4，6)復(fù)合材料在 325。。的 P-C-T 曲線。
[0017]圖5Mg90Li10 xSix(X = O, 2，4，6)復(fù)合材料的變溫放氫曲線。
[0018]圖6Mg90Li10 xSix(X = O, 2，4，6)復(fù)合材料的 Kissinger 曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法的工藝步驟如下:
[0022]將Mg:Li = 90:10的原子比配置好樣品，混合均勻后利用粉末壓片機(jī)壓制成半徑為1.6cm的圓形片狀，并置于真空退火爐中，在氬氣保護(hù)下退火2h，然后把退火所得的圓形片狀樣品破碎，按球料比為40:1，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分情況下進(jìn)行機(jī)械球磨，球磨時(shí)每間隔5小時(shí)在氬氣保護(hù)下對(duì)合金粉末進(jìn)行處理，球磨50h后采集樣品，最后進(jìn)行XRD，PCT以及DTA/TG測試。
[0023]實(shí)施例2
[0024]Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法的工藝步驟如下:
[0025]將Mg:L1:Si = 90:8:2的原子比配置好樣品，混合均勻后利用粉末壓片機(jī)壓制成半徑為1.6cm的圓形片狀，并置于真空退火爐中，在氬氣保護(hù)下退火2h，然后把退火所得的圓形片狀樣品破碎，按球料比為40:1，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分情況下進(jìn)行機(jī)械球磨，球磨時(shí)每間隔5小時(shí)在氬氣保護(hù)下對(duì)合金粉末進(jìn)行處理，球磨50h后采集樣品，最后進(jìn)行XRD，PCT以及DTA/TG 測試。
[0026]實(shí)施例3
[0027]Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法的工藝步驟如下:
[0028]將Mg:L1:Si = 90:6:4的原子比配置好樣品，混合均勻后利用粉末壓片機(jī)壓制成半徑為1.6cm的圓形片狀，并置于真空退火爐中，在氬氣保護(hù)下退火2h，然后把退火所得的圓形片狀樣品破碎，按球料比為40:1，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分情況下進(jìn)行機(jī)械球磨，球磨時(shí)每間隔5小時(shí)在氬氣保護(hù)下對(duì)合金粉末進(jìn)行處理，球磨50h后采集樣品，最后進(jìn)行XRD，PCT以及DTA/TG 測試。
[0029]實(shí)施例4
[0030]Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法的工藝步驟如下:
[0031]將Mg:L1:Si = 90:4:6的原子比配置好樣品，混合均勻后利用粉末壓片機(jī)壓制成半徑為1.6cm的圓形片狀，并置于真空退火爐中，在氬氣保護(hù)下退火2h，然后把退火所得的圓形片狀樣品破碎，按球料比為40:1，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分情況下進(jìn)行機(jī)械球磨，球磨時(shí)每間隔5小時(shí)在氬氣保護(hù)下對(duì)合金粉末進(jìn)行處理，球磨50h后采集樣品，最后進(jìn)行XRD，PCT以及DTA/TG 測試。
[0032]如圖1?3所示，樣品在773K溫度下退火2h再機(jī)械球磨50小時(shí)后，復(fù)合材料主要含有Mg相，Li或者LiH已經(jīng)完全固溶到Mg基體中，形成Mg-Li體系固溶體，除了 X = O外，Mg90Li10 xSix(X = 2，4，6)復(fù)合材料還出現(xiàn)Mg2Si相，且Mg2Si相在復(fù)合材料的放前后未發(fā)生變化。如圖4所示，在325°C溫度下，Mg90Li10 xSix(X = O, 2，4，6)復(fù)合材料吸氫量分別為6.87wt.%、6.69wt%、5.78?七％和5.28wt%，隨著Si含量增加復(fù)合材料的儲(chǔ)氫容量下降，但Si的添加能有效降低吸氫平臺(tái)壓；在放氫壓力為0.06atm情況下，由于在X = 2對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料中，Si含量過低，Mg2Si催化作用不明顯，導(dǎo)致X = 2對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料和X =O對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料一樣，在325°C溫度下不能釋放出氫氣，然而當(dāng)X的值增加到4或6后，在Mg2Si的催化作用下，復(fù)合材料在325°C溫度下能釋放出氫氣。如圖5所示，在常壓下，從室溫逐漸增加到390°C時(shí)，Mg90Li10 xSix(X = O, 2，4，6)復(fù)合材料脫氫量依次為4.39wt.%、
4.51wt.%、4.57wt.%和5.38wt.%，材料的脫氫量隨著Si含量的增加逐漸增加，且初始脫氫溫度明顯下降，尤其是當(dāng)X = 6時(shí)，常壓下復(fù)合材料的初始脫氫溫度從添加Si前的370°C下降到了 340°C左右，初始脫氫溫度比未添加Si的復(fù)合材料下降了 30°C。如圖6所示，Mg90Li10 xSix (X = O, 2，4，6)復(fù)合材料的表觀活化能依次為 179.5、163.6、155.2 和 128.3Kj/mol，Si的加入有利于降低Mg-Li固溶體復(fù)合材料的表觀活化能，尤其是X = 6對(duì)應(yīng)復(fù)合材料的表觀活化能比未添加Si時(shí)降低了 51.2kJ/mol0
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法，其特征在于，該方法的工藝步驟如下: 1)首先按照Mg:L1:Si= 90: (10-X):X的原子比均勻混合后壓制成圓形片狀樣品，其次把圓形片狀樣品置于真空退火爐中，利用氬氣保護(hù)，在溫度為500°C條件下退火2h，然后再把圓形片狀樣品破碎，得到復(fù)合材料粉末；所述X = 0，2，4，6 ; 2)在氬氣保護(hù)下，利用行星球磨機(jī)，按球料比為40:1，以300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速對(duì)步驟I)的復(fù)合材料粉末進(jìn)行機(jī)械球磨； 3)在球磨過程中，每間隔5小時(shí)在氬氣保護(hù)下對(duì)樣品進(jìn)行處理，避免復(fù)合材料粉末粘罐； 4)球磨50h后采集樣品，最后進(jìn)行XRD，PCT以及DTA/TG測試。2.按權(quán)利要求書I所述的Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法，其特征在于，所述經(jīng)退火再機(jī)械球磨50小時(shí)后，Mg90Li6Si4^P Mg 9()Li4Si6合金在較低的溫度下即可吸放氫，且它們的脫氫活化能較低。3.利用如權(quán)利書要求I所述的Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料制備成燃料電池，主要應(yīng)用于氫能存貯系統(tǒng)中。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料的制備方法。將鎂粉、氫化鋰粉末和硅粉均勻混合，然后壓制成圓形片狀進(jìn)行退火，把退火的樣品經(jīng)破碎后再利用機(jī)械合金化方法制備Mg-Li固溶體儲(chǔ)氫材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)退火再機(jī)械球磨50h制備的Mg:Li:Si＝90:(10-X):X復(fù)合材料，其中：X＝0,2,4,6，在X＝4和X＝6對(duì)應(yīng)合金中具有較高的儲(chǔ)氫容量，且它們的脫氫活化能較低，為以后固溶體儲(chǔ)氫材料的研究奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
【IPC分類】C22C23/00, B22F9/04, C01B3/02
【公開號(hào)】CN105039815
【申請?zhí)枴緾N201510227212
【發(fā)明人】藍(lán)志強(qiáng), 郭進(jìn), 謝政專, 彭雯琦, 李柳杰
【申請人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月20日