一种含有稀土元素的Mg-Ni基储氢合金的制备方法

本发明涉及一种含有稀土元素的mg-ni基储氢合金的制备方法，属于储氢合金材料及其制备。

背景技术：

1、氢，具有储量丰富、能值高、对环境无污染等优点而被视为二十一世纪最具发展潜力的能源载体，是人类能源战略的发展方向。在氢能工业化应用中，氢气储存与运输是连接上游制氢和下游用氢的关键环节，高压气态储氢、低温液态储氢和固体材料储氢是三种主要的储氢方式。从体积储氢密度、储氢能耗、安全性等因素考虑，金属系储氢材料储氢是目前公认为最好的储氢方法之一。同时，镁基储氢材料具有成本低廉、可逆性能优异、储氢容量高和元素储量丰富等优点，被认为是最值得研究的且有前途的储氢材料之一，但mg-h键过于稳定，其放氢焓变约为75kj/mol，导致其放氢温度过高。并且镁基储氢材料的平台压较低，限制了其储氢容量。因此，如何有效改善镁基合金的吸放氢性能，提供一种具有大规模工业推广可行性且可作为未来氢气储存和运输的理想镁基储氢材料是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有储氢材料的活化和储氢量受限等问题，提供一种含有稀土元素的mg-ni基储氢合金的制备方法。

2、本发明的技术方案：

3、本发明的目的之一是提供一种含有稀土元素的mg-ni基储氢合金的制备方法，具体的以金属单质为原料，通过真空感应熔炼后锻造成型。

4、进一步限定，该制备方法包括以下步骤：

5、（1）按照储氢合金的化学式称量mg、ni、la和y金属单质；

6、（2）将步骤（1）称量的所有金属单质混合均匀后放入熔炼坩埚中，盖上坩埚盖；

7、（3）将熔炼坩埚升温至400-500℃，恒温2-3min，通入sf6气体置换空气；

8、（4）在保持sf6气体通入的条件下，升温至1000-1050℃保温3~5min，继续升温至1100-1150℃保温10min，浇注，得到储氢合金。

9、进一步限定，（1）中额外添加占比原料中mg金属单质5wt.%的mg金属单质。

10、进一步限定，（1）中额外添加占比原料中y金属单质1wt.%的y金属单质。

11、进一步限定，（1）中额外添加占比原料中la金属单质1wt.%的la金属单质。

12、进一步限定，（3）和（4）中sf6气体纯度为99.9%。

13、进一步限定，上述方法制备得到的含有稀土元素的mg-ni基储氢合金，该储氢合金化学式为mg3.497ni0.170laxyy，其中0.0280≤x≤0.0360，0≤y≤0.012。

14、更进一步限定，x为0.032，y为0.006。

15、更进一步限定，x为0.028，y为0.012。

16、更进一步限定，x为0.036，y为0。

17、更进一步限定，该储氢合金在220℃、5mpa条件下储氢量为4.645wt.%。

18、有益效果：

19、本发明在使用稀土元素la对mg-ni基储氢合金进行改性，改性后的mg3.497ni0.170la0.036储氢合金的储氢性能得到了良好改善。进一步的在mg3.497ni0.170la0.036合金基础上，通过稀土元素y对la进行替代，通过调节稀土元素y和la含量增强合金动力学性能，同时提高了合金的储氢容量，替代后的储氢合金放氢峰值温度降为273℃。并且稀土la和y元素的添加，在改善储氢合金性能的同时，对于我国高丰度稀土元素的高值利用具有重大意义。

20、同时，本发明利用真空感应熔炼工艺，在熔炼炉内冲入99.9%高纯sf6，在无氧环境下合成mg-ni基储氢合金，该方法制备流程简单，制备设备均为有色金属冶炼企业常见设备，且制备工艺简单稳定，易于大规模工业推广，制备得到的mg-ni基储氢合金有望成为未来以氢为原料的储存、运输、氢燃料电池以及氢能源发动机等应用方面的优秀储氢合金。

技术特征：

1.一种含有稀土元素的mg-ni基储氢合金的制备方法，其特征在于，以金属单质为原料，通过真空感应熔炼后锻造成型。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，（1）中额外添加占比原料中mg金属单质5wt.%的mg金属单质。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，（1）中额外添加占比原料中y金属单质1wt.%的y金属单质。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，额外添加占比原料中la金属单质1wt.%的la金属单质。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备得到的含有稀土元素的mg-ni基储氢合金化学式为mg3.497ni0.170laxyy，其中0.0288≤x≤0.0360，0≤y≤0.012。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，x为0.032，y为0.006。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，x为0.028，y为0.012。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，x为0.036，y为0。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备得到的含有稀土元素的mg-ni基储氢合金在220℃、5mpa条件下储氢量为4.645wt.%。

技术总结本发明公开了一种含有稀土元素的Mg‑Ni基储氢合金的制备方法，属于储氢合金材料及其制备技术领域。本发明解决了现有储氢材料的活化和储氢量受限等问题。本发明使用稀土元素La对Mg‑Ni基储氢合金进行改性，改性后的Mg‑Ni‑La储氢合金的储氢性能得到了良好改善。进一步的在Mg‑Ni‑La合金基础上，通过稀土元素Y对La进行替代，并通过调节稀土元素Y和La含量增强合金动力学性能，同时提高了合金的储氢容量，替代后的储氢合金放氢峰值温度降为273℃，在220℃、5MPa条件下储氢量为4.645 wt.%。技术研发人员：程勇,王春丽,刘雨菲,尹东明,熊亮,高秉阳,马兆伟,王照民,黄湃,王立民受保护的技术使用者：中国科学院长春应用化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11