本發(fā)明涉及一種鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料，屬于金屬氫化物儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金屬氫化物材料具有儲(chǔ)氫和儲(chǔ)熱雙重功能，在氫化反應(yīng)的同時(shí)將釋放大量的熱，相比傳統(tǒng)熔融鹽儲(chǔ)熱材料200～400kJ/kg蓄熱量，其吸放氫反應(yīng)熱可達(dá)2MJ/kg以上，因此，金屬氫化物儲(chǔ)熱材料可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能光熱發(fā)電、工業(yè)余熱利用、制冷制熱等領(lǐng)域。在金屬氫化物材料中，鎂基氫化物的反應(yīng)熱焓密度居于前列，且鎂礦產(chǎn)資源十分豐富，價(jià)格低廉，因此鎂基氫化物在規(guī)模儲(chǔ)熱應(yīng)用方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，由于充放氫速度和導(dǎo)熱性能較差，傳統(tǒng)的鎂基氫化物材料在儲(chǔ)熱方面的應(yīng)用受到了限制，而氫化物在高溫下的晶粒長(zhǎng)大問(wèn)題也影響到了其使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種儲(chǔ)熱密度高、吸氫量大、吸氫速度快、高溫穩(wěn)定性好的鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料，由鎂基氫化物儲(chǔ)熱介質(zhì)和催化添加劑組成，其中，所述催化添加劑包括吸放氫催化劑和高溫穩(wěn)定添加劑。

其中，所述鎂基氫化物儲(chǔ)熱介質(zhì)為MgH₂、Mg₂NiH₄和La₂Mg₁₇H₁₇中的至少一種。所述吸放氫催化劑為L(zhǎng)a-Ni合金、Ni-Y合金、Ti-Mn合金、Pd和Nb₂O₅中的至少一種。所述高溫穩(wěn)定添加劑為TiH₂、V₂O₅、Nb₂O₅、WO₃和Ni-Y合金中的至少一種。

優(yōu)選地，所述鎂基氫化物儲(chǔ)熱介質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％-90％，所述催化添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％-25％。

優(yōu)選地，所述催化添加劑中吸放氫催化劑和高溫穩(wěn)定添加劑的質(zhì)量比為1∶3-3∶1。

優(yōu)選地，所述催化添加劑中吸放氫催化劑和高溫穩(wěn)定添加劑的質(zhì)量比為1∶1。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明的鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料具有儲(chǔ)熱密度高、吸氫量大、吸氫速度快、高溫穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料的吸氫性能曲線。

圖2為實(shí)施例1的鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料的高溫使用壽命曲線。

圖3為實(shí)施例2的鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料的吸氫性能曲線。

圖4為實(shí)施例2的鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料的高溫使用壽命曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

經(jīng)研究，鎂基氫化物儲(chǔ)熱材料必須在多相摻雜催化和納米尺度晶粒條件下才具有良好的氫化性能。其中，將儲(chǔ)氫合金、過(guò)渡金屬氧化物、貴金屬等材料作為催化劑引入，可以顯著提高儲(chǔ)熱材料的吸放氫速度，某些金屬氫化物和氧化物具有高溫穩(wěn)定性，將其引入可以阻止鎂基氫化物在高溫下的晶粒長(zhǎng)大問(wèn)題。因此，本發(fā)明在總結(jié)現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，向鎂基氫化物中引入催化添加劑，有效解決了鎂基氫化物的充放氫速度和使用壽命問(wèn)題。

本發(fā)明提供的鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料，由鎂基氫化物儲(chǔ)熱介質(zhì)和催化添加劑組成。

其中，鎂基氫化物儲(chǔ)熱介質(zhì)為MgH₂、Mg₂NiH₄、La₂Mg₁₇H₁₇中的一種或幾種。催化添加劑包括吸放氫催化劑和高溫穩(wěn)定添加劑。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，La-Ni合金、Ni-Y合金、Ti-Mn合金、Pd、Nb₂O₅等材料能夠顯著提高鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料的吸放氫速度，從而提高其吸放熱速度，TiH₂、V₂O₅、Nb₂O₅、WO₃、Ni-Y合金等具有高溫穩(wěn)定性，可以阻止鎂基氫化物在高溫下的晶粒長(zhǎng)大問(wèn)題，顯著改善鎂基氫化物的高溫使用壽命。

所述鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料中，鎂基氫化物儲(chǔ)熱介質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于75％-90％之間，催化添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于10％-25％之間。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，鎂基氫化物儲(chǔ)熱介質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于75％可保證材料的儲(chǔ)熱密度大于2MJ/kg，催化添加劑的總質(zhì)量處于10％-25％之間可有效提高所述鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料的充放氫速度。

所述鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料中，所述催化添加劑中吸放氫催化劑和高溫穩(wěn)定添加劑的質(zhì)量比在1∶3-3∶1之間。優(yōu)選地，所述催化添加劑中吸放氫催化劑和高溫穩(wěn)定添加劑的質(zhì)量比為1∶1時(shí)可獲得較為平衡的吸放氫速度和高溫壽命。

根據(jù)性能測(cè)試，這種鎂基氫化物復(fù)合儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)氫容量可達(dá)到6wt.％以上，在2分鐘內(nèi)吸氫量可達(dá)額定吸氫量的90％以上，在400℃高溫下循環(huán)充放氫后的儲(chǔ)氫容量衰減率在10％以內(nèi)。

實(shí)施例1

以Mg、Ni-Y合金為原料，經(jīng)氫化反應(yīng)制成儲(chǔ)熱材料，其中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80％，Ni-Y合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％。圖1表明，材料的儲(chǔ)氫量為6.01wt％。在2分鐘內(nèi)吸氫量可達(dá)額定吸氫量的95％。圖2表明，材料在400℃高溫下循環(huán)充放氫后的儲(chǔ)氫容量衰減率為8％。

實(shí)施例2

以Mg、La-Ni合金、TiH₂為原料，經(jīng)氫化反應(yīng)制成儲(chǔ)熱材料，其中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80％，La-Ni合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％，TiH₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％。圖3表明，材料的儲(chǔ)氫量為6.4wt％。在2分鐘內(nèi)吸氫量可達(dá)額定吸氫量的94％。圖4表明，材料在400℃高溫下循環(huán)充放氫后的儲(chǔ)氫容量衰減率為2.1％。

實(shí)施例3

以Mg、Nb₂O₅為原料，經(jīng)氫化反應(yīng)制成儲(chǔ)熱材料，其中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％，Nb₂O₅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％。實(shí)驗(yàn)表明，材料的儲(chǔ)氫量為5.61wt％。在2分鐘內(nèi)吸氫量可達(dá)額定吸氫量的96％，材料在400℃高溫下循環(huán)充放氫后的儲(chǔ)氫容量衰減率為8.5％。

實(shí)施例4

以Mg、LaNi₅、TiH₂為原料，經(jīng)氫化反應(yīng)制成儲(chǔ)熱材料，其中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％，LaNi₅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，TiH₂的質(zhì)量高分?jǐn)?shù)為5％。實(shí)驗(yàn)表明，材料的儲(chǔ)氫量為6.74wt％。在2分鐘內(nèi)吸氫量可達(dá)額定吸氫量的91％，材料在400℃高溫下循環(huán)充放氫后的儲(chǔ)氫容量衰減率為3.6％。