本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)利用電場(chǎng)與機(jī)械振動(dòng)的雙重能量協(xié)同作用，在氫氣氣氛下采用介質(zhì)阻擋放電等離子體輔助球磨方法對(duì)熔煉出的塊體Mg2Ni或者鎂鎳混合粉進(jìn)行球磨，通過(guò)控制球粉比、球磨電流、球磨時(shí)間和球磨壓力，得到Mg2NiH0.3或Mg+MgH2+Ni過(guò)渡產(chǎn)物，然后在氫氣氣氛下將過(guò)渡產(chǎn)物氫化制得Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料。采用介質(zhì)阻擋放電等離子體輔助球磨，使得Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料的合成純度和效率大幅度提高，合成溫度大大降低，該發(fā)明專利技術(shù)可明顯降低儲(chǔ)氫材料制備的生產(chǎn)周期，簡(jiǎn)化工藝流程，降低能耗、減少雜質(zhì)的引入，并顯著提高儲(chǔ)氫性能，是儲(chǔ)氫材料生產(chǎn)工業(yè)化的有效途徑。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于材料
，特別涉及一種Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
氫能作為一種不依賴化石燃料、儲(chǔ)量豐富、清潔無(wú)污染的新能源，引起人們廣泛的關(guān)注。由于氫氣存在易燃、易爆、易擴(kuò)散等問(wèn)題，儲(chǔ)氫技術(shù)已成為制約氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。因此，發(fā)展高能量密度、高效率和安全的儲(chǔ)氫技術(shù)是必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。金屬氫化物儲(chǔ)氫具有儲(chǔ)氫體積密度大、安全性好的優(yōu)勢(shì)，操作也比較容易，運(yùn)行成本較低，使用安全。其中Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料以儲(chǔ)氫容量大、密度小、資源豐富、價(jià)格低廉和對(duì)環(huán)境負(fù)荷小等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的儲(chǔ)氫材料。目前儲(chǔ)氫材料的制備方法有熔煉合金化法、置換擴(kuò)散法、機(jī)械合金化法、氫化燃燒 法等。但是這些方法存在純度不高、耗能、耗時(shí)、效率低，制備出的鎂基儲(chǔ)氫材料活性差、吸放氫溫度很高，速度也較慢或適用范圍較窄等問(wèn)題，于是人們運(yùn)用多種處理手段，如包覆、球磨、NH4F浸泡等方法對(duì)材料表面進(jìn)行處理，以期提高材料的性能，但使得生產(chǎn)材料工序復(fù)雜化，增加了材料成本。因此，探索一種新型的球磨技術(shù)，使其能耗低、效率高、污染少，成為了儲(chǔ)氫材料工業(yè)生產(chǎn)化的關(guān)鍵問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料的制備方法。本專利技術(shù)的另一目的在于提供上述制備方法制備得到的Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料。本專利技術(shù)的再一目的在于提供所述的Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料的應(yīng)用。本專利技術(shù)的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料的制備方法，包括以下步驟(I)將Mg粉與Ni粉混合均勻，得到混合粉；(2)將球與步驟(I)中的混合粉按球粉比5:1 20:1裝樣進(jìn)球磨罐中，滴入酒精；(3)將步驟(2)中裝好樣的球磨罐密封，經(jīng)過(guò)氫氣的洗氣后通入球磨氣氛；(4)將步驟(3)中的球磨罐固定在介質(zhì)阻擋放電等離子體輔助球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，得到過(guò)渡產(chǎn)物MgH2+Mg+Ni ；(5)將步驟(4)中的過(guò)渡產(chǎn)物MgH2+Mg+Ni氫化，得到Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料；步驟(I)中所述的Mg粉優(yōu)選為200目的Mg粉，所述的Ni粉優(yōu)選為200目的Ni粉；所述的Mg粉與Ni粉的摩爾比優(yōu)選為2:1;步驟(2)中所述的球優(yōu)選為不銹鋼球；所述的不銹鋼球優(yōu)選為直徑10_的大球和直徑6_的小球的混合，按以下方法配置大球和小球按質(zhì)量比O. 67 O. 82進(jìn)行配置；所述的球粉比為球的質(zhì)量與混合粉的質(zhì)量的比；所述的裝樣優(yōu)選在手套箱中進(jìn)行；所述的酒精的質(zhì)量?jī)?yōu)選為混合粉的質(zhì)量的O. 5% 2%,酒精作為助磨劑使用；步驟(3)中所述的球磨氣氛的壓力優(yōu)選為O. 05MPa O. 5Mpa ；所述的洗氣的次數(shù)優(yōu)選為3次；所述的球磨氣氛優(yōu)選為氫氣；步驟(4)中所述的球磨的電流優(yōu)選為O. 5A I. 5A ;所述的球磨時(shí)間優(yōu)選為O. 5 6小時(shí)；步驟(5)中所述的氫化的條件優(yōu)選為在15atm、200 260°C，氫化13 24min ；優(yōu)選的，一種Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料的制備方法，包括以下步驟 (I)將Mg2Ni塊體破碎后過(guò)篩，得到Mg2Ni粉體；(2)將球與步驟(I)中的Mg2Ni粉體按球粉比5:1 20:1裝樣進(jìn)球磨罐中，滴入酒精；·(3)將步驟(2)中裝好樣的球磨罐密封，經(jīng)過(guò)氫氣的洗氣后通入球磨氣氛；(4)將步驟(3)中的球磨罐固定在介質(zhì)阻擋放電等離子體輔助球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，得到過(guò)渡產(chǎn)物Mg2NiHa3;(5)將步驟(4)中的過(guò)渡產(chǎn)物Mg2NiHa3氫化，得到Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料；步驟(I)中所述的Mg2Ni塊體優(yōu)選采用以下方法進(jìn)行熔煉取純度為99%的鎂塊和鎳塊，刷去表面的氧化層后洗凈、干燥，將摩爾比為2:1的鎂塊和鎳塊置于真空感應(yīng)爐的石墨坩鍋內(nèi)，蓋好爐蓋，抽真空至真空度為10_2Pa，充入氬(Ar)氣至氣壓達(dá)到O. 05Mpa，調(diào)節(jié)功率為15kw、溫度為1000°C，使金屬熔化，保溫并充分?jǐn)嚢?0分鐘；采用水冷錠模或甩帶的方法進(jìn)行冷卻，得到Mg2Ni塊體；所述的過(guò)篩優(yōu)選過(guò)200目的篩；步驟(2)中所述的Mg2Ni粉體中的Mg或Ni在熔煉過(guò)程中有損失時(shí)，添加Mg粉或Ni粉以使Mg與Ni的摩爾比為2:1 ;所述的球優(yōu)選為不銹鋼球；所述的不銹鋼球優(yōu)選為直徑10_的大球和直徑6_的小球的混合，按以下方法配置大球和小球按質(zhì)量比O. 67 O. 82進(jìn)行配置；所述的球粉比為球的質(zhì)量與Mg2Ni粉體的質(zhì)量的比；所述的裝樣優(yōu)選在手套箱中進(jìn)行；所述的酒精的質(zhì)量?jī)?yōu)選為Mg2Ni粉體的質(zhì)量的O. 5% 2%,酒精作為助磨劑使用；步驟(3)中所述的球磨氣氛的壓力優(yōu)選為O. 05MPa O. 5Mpa ；所述的洗氣的次數(shù)優(yōu)選為3次；所述的球磨氣氛優(yōu)選為氫氣；步驟(4)中所述的球磨的電流優(yōu) 選為O. 5A I. 5A ;所述的球磨時(shí)間優(yōu)選為O. 5 6小時(shí)；步驟(5)中所述的氫化的條件優(yōu)選為在15atm、150 210°C氫化5 20min ；一種Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料，通過(guò)上述制備方法制備得到；所述的Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料可應(yīng)用于燃料電池、氫氣的分離和熱泵等
本專利技術(shù)的機(jī)理為本專利技術(shù)采用外場(chǎng)輔助的新型高能球磨技術(shù)-介質(zhì)阻擋放電等離子體(Dielectric Barrier Discharge Plasma,簡(jiǎn)稱DBDP)輔助球磨,利用電場(chǎng)與機(jī)械振動(dòng)的雙重能量協(xié)同作用，在氫氣的球磨氣氛下進(jìn)行球磨，達(dá)到加速球磨時(shí)間、減少污染的效果。DBDP輔助球磨是將有固體絕緣介質(zhì)覆蓋在一端的電極插入放電空間，通入高壓后使其中的氣氛發(fā)生電離產(chǎn)生等離子體并作用在粉體上的一種球磨方式。其作用機(jī)制主要有等離子體熱爆效應(yīng)和高能電子沖擊效應(yīng)。熱爆效應(yīng)指的是等離子體轟擊球磨粉體將能量以熱能的形式傳遞給球磨粉體，使球磨粉體局部瞬間高溫而產(chǎn)生熱爆。電子沖擊效應(yīng)是指在電極兩端通入高壓時(shí)，會(huì)在兩電極間形成細(xì)微的放電通道，高能粒子通過(guò)這些放電通道作用在粉末粒子上，使粒子的微小區(qū)域承受很高的電子沖擊，引起應(yīng)力集中而破碎，從而激發(fā)材料表面與界面的原子運(yùn)動(dòng)或擴(kuò)散。這兩種效應(yīng)的協(xié)同作用對(duì)粉體細(xì)化具有顯著的作用。此夕卜，通入氫氣作為球磨氣氛，可以達(dá)到減少球磨過(guò)程中的氧化和污染問(wèn)題，并可以增加球磨過(guò)程中罐體內(nèi)的能量密度，使得在單位體積中產(chǎn)生更多的等離子體轟擊在粉體上，加速球磨時(shí)間，提高球磨效率。本專利技術(shù)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(I)本專利技術(shù)采用外場(chǎng)輔助的新型高能球磨技術(shù)-介質(zhì)阻擋放電等離子體輔助球磨，利用電場(chǎng)與機(jī)械振動(dòng)的雙重能量協(xié)同作用，在氫氣的球磨氣氛下進(jìn)行球磨，達(dá)到縮短球磨時(shí)間、減少污染的效果，顯著提高球磨效率，比傳統(tǒng)球磨方式縮短幾倍甚至幾十倍的時(shí)間，并且有效地減少氧化和污染問(wèn)題，使得儲(chǔ)氫材料制備工藝工業(yè)化的成本降低。(2)本專利技術(shù)通過(guò)介質(zhì)阻擋放電等離子體加氫輔助球磨后得到的粉體，與傳統(tǒng)球磨方式相比，能在較低溫度和極短的時(shí)間內(nèi)吸氫完全，動(dòng)力學(xué)顯著提高，達(dá)到其他球磨方式無(wú)法達(dá)到的效果。(3)本專利技術(shù)經(jīng)過(guò)介質(zhì)阻擋放電等離子體輔助球磨后的粉體的顆粒尺寸比使用傳統(tǒng)的球磨方式球磨后的顆粒尺寸小，儲(chǔ)氫性能高。(4)本專利技術(shù)提供的制備方法成分調(diào)整方便，可以制備得到高純度的Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料。附圖說(shuō)明圖I是實(shí)施例6球磨前Mg2Ni、球磨后Mg2NiHtl. 3以及氫化后Mg2NiH4的XRD衍射圖，其中(a)為球磨前Mg2本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：（1）將Mg粉與Ni粉混合均勻，得到混合粉；（2）將球與步驟（1）中的混合粉按球粉比5:1～20:1裝樣進(jìn)球磨罐中，滴入酒精；（3）將步驟（2）中裝好樣的球磨罐密封，經(jīng)過(guò)氫氣的洗氣后通入球磨氣氛；（4）將步驟（3）中的球磨罐固定在介質(zhì)阻擋放電等離子體輔助球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，得到過(guò)渡產(chǎn)物MgH2+Mg+Ni；（5）將步驟（4）中的過(guò)渡產(chǎn)物MgH2+Mg+Ni氫化，得到Mg2NiH4儲(chǔ)氫材料。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：歐陽(yáng)柳章，李玲玲，吳聰，鄔玉玉，王輝，朱敏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華南理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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