本發(fā)明涉及能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，而化石原料便顯得日益緊缺，同時(shí)這些傳統(tǒng)的化石燃料還會(huì)給環(huán)境帶來(lái)很大的污染，產(chǎn)生溫室效應(yīng)等。為了解決使用能源與環(huán)境之間的這些矛盾，人們開(kāi)始尋找新的可再生潔凈能源，這對(duì)我國(guó)乃至整個(gè)世界的可持續(xù)發(fā)展都有著非常重要的意義。目前，世界各國(guó)正在開(kāi)發(fā)利用多種新能源或非常規(guī)能源，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、氫能、核能和生物能等。其中，氫能作為一種儲(chǔ)量豐富、能量密度高的潔凈能源，因其燃燒的產(chǎn)物只有水，基本能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體以及污染物的零排放，因此，可將氫能作為多種能源轉(zhuǎn)化的綠色能源及能源載體。但是，由于氫氣易燃、易爆、易擴(kuò)散，并且常溫常壓條件下的體積能量密度非常低，從而限制了氫能的實(shí)際應(yīng)用，只有解決了氫氣的儲(chǔ)存問(wèn)題才能在更長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)上發(fā)展氫能源，儲(chǔ)氫技術(shù)已經(jīng)成為氫能利用走向?qū)嵱没鸵?guī)模化的瓶頸。因此，研究開(kāi)發(fā)儲(chǔ)氫密度高、成本低、高效、可循環(huán)的儲(chǔ)氫材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：要解決的技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，儲(chǔ)氫密度高，儲(chǔ)氫量大，初始放氫溫度低，同時(shí)其活化能也低，放氫速率快，放氫動(dòng)力學(xué)性能有所提高。技術(shù)方案：一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，由以下成分以重量份制備而成：碳晶10-20份、氫化硼鋰0.5-1份、鎂粉20-40份、鎳粉8-16份、鐵粉2-5份、鋯粉2-4份、鑭粉0.2-0.4份、鈰粉0.2-0.5份、納米二氧化鈦1-3份、三氧化二鐵2-4份、三氟化鈦1-2份、氧化鈷1-2份。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，由以下成分以重量份制備而成：碳晶13-18份、氫化硼鋰0.6-0.9份、鎂粉25-35份、鎳粉10-15份、鐵粉3-4份、鋯粉2.5-3.5份、鑭粉0.25-0.35份、鈰粉0.3-0.4份、納米二氧化鈦1.5-2.5份、三氧化二鐵2.5-3.5份、三氟化鈦1.2-1.8份、氧化鈷1.3-1.7份。上述碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法包括以下步驟：（1）將鎂粉、鑭粉和鈰粉混合，加入真空感應(yīng)爐中，在溫度940-1000℃下進(jìn)行熔煉10-30分鐘；（2）冷卻，粉碎后和鋯粉、鎳粉、鐵粉混合，加入行星球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨60-80分鐘，轉(zhuǎn)移至冷壓模中進(jìn)行壓制，壓強(qiáng)為500-550MPa，保壓時(shí)間為3-4分鐘；（3）在溫度450-500℃和氬氣保護(hù)下擴(kuò)散燒結(jié)4-5小時(shí)；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氫化硼鋰、納米二氧化鈦、三氧化二鐵、三氟化鈦和氧化鈷，加入球磨機(jī)中，在1-2MPa氫氣壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)速250-300r/min下球磨3-5小時(shí)即得，其中，球料比為20:1-25:l。進(jìn)一步的，所述的一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法，所述的步驟（1）中溫度為950-980℃，熔煉時(shí)間為20分鐘。進(jìn)一步的，所述的一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法，所述的步驟（2）中球磨時(shí)間為65-75分鐘，壓強(qiáng)為520-540MPa，保壓時(shí)間為3.5分鐘。進(jìn)一步的，所述的一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法，所述的步驟（3）中溫度為460-490℃，燒結(jié)時(shí)間為4.5小時(shí)。進(jìn)一步的，所述的一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法，所述的步驟（4）中轉(zhuǎn)速為260-280r/min，球磨時(shí)間為4小時(shí)，球料比為22:1。有益效果：本發(fā)明的碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫密度可高達(dá)7.61wt%，儲(chǔ)氫量較高，初始放氫溫度最低可至208.9℃，同時(shí)其活化能也可低至108.24kJ/mol，放氫速率快，放氫動(dòng)力學(xué)性能有所提高。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，由以下成分以重量份制備而成：碳晶10份、氫化硼鋰0.5份、鎂粉20份、鎳粉8份、鐵粉2份、鋯粉2份、鑭粉0.2份、鈰粉0.2份、納米二氧化鈦1份、三氧化二鐵2份、三氟化鈦1份、氧化鈷1份。上述碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法為：（1）將鎂粉、鑭粉和鈰粉混合，加入真空感應(yīng)爐中，在溫度940℃下進(jìn)行熔煉10分鐘；（2）冷卻，粉碎后和鋯粉、鎳粉、鐵粉混合，加入行星球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨60分鐘，轉(zhuǎn)移至冷壓模中進(jìn)行壓制，壓強(qiáng)為500MPa，保壓時(shí)間為3分鐘；（3）在溫度450℃和氬氣保護(hù)下擴(kuò)散燒結(jié)4小時(shí)；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氫化硼鋰、納米二氧化鈦、三氧化二鐵、三氟化鈦和氧化鈷，加入球磨機(jī)中，在1MPa氫氣壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)速250r/min下球磨3小時(shí)即得，其中，球料比為20:1。實(shí)施例2一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，由以下成分以重量份制備而成：碳晶13份、氫化硼鋰0.6份、鎂粉25份、鎳粉10份、鐵粉3份、鋯粉2.5份、鑭粉0.25份、鈰粉0.3份、納米二氧化鈦1.5份、三氧化二鐵2.5份、三氟化鈦1.2份、氧化鈷1.3份。上述碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法為：（1）將鎂粉、鑭粉和鈰粉混合，加入真空感應(yīng)爐中，在溫度950℃下進(jìn)行熔煉15分鐘；（2）冷卻，粉碎后和鋯粉、鎳粉、鐵粉混合，加入行星球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨65分鐘，轉(zhuǎn)移至冷壓模中進(jìn)行壓制，壓強(qiáng)為520MPa，保壓時(shí)間為3.5分鐘；（3）在溫度460℃和氬氣保護(hù)下擴(kuò)散燒結(jié)4.5小時(shí)；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氫化硼鋰、納米二氧化鈦、三氧化二鐵、三氟化鈦和氧化鈷，加入球磨機(jī)中，在1MPa氫氣壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)速260r/min下球磨3.5小時(shí)即得，其中，球料比為21:1。實(shí)施例3一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，由以下成分以重量份制備而成：碳晶15份、氫化硼鋰0.75份、鎂粉30份、鎳粉12份、鐵粉3.5份、鋯粉3份、鑭粉0.3份、鈰粉0.35份、納米二氧化鈦2份、三氧化二鐵3份、三氟化鈦1.5份、氧化鈷1.5份。上述碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法為：（1）將鎂粉、鑭粉和鈰粉混合，加入真空感應(yīng)爐中，在溫度970℃下進(jìn)行熔煉20分鐘；（2）冷卻，粉碎后和鋯粉、鎳粉、鐵粉混合，加入行星球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨70分鐘，轉(zhuǎn)移至冷壓模中進(jìn)行壓制，壓強(qiáng)為525MPa，保壓時(shí)間為3.5分鐘；（3）在溫度490℃和氬氣保護(hù)下擴(kuò)散燒結(jié)4.5小時(shí)；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氫化硼鋰、納米二氧化鈦、三氧化二鐵、三氟化鈦和氧化鈷，加入球磨機(jī)中，在1.5MPa氫氣壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)速275r/min下球磨4小時(shí)即得，其中，球料比為22:l。實(shí)施例4一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，由以下成分以重量份制備而成：碳晶18份、氫化硼鋰0.9份、鎂粉35份、鎳粉15份、鐵粉4份、鋯粉3.5份、鑭粉0.35份、鈰粉0.4份、納米二氧化鈦2.5份、三氧化二鐵3.5份、三氟化鈦1.8份、氧化鈷1.7份。上述碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法為：（1）將鎂粉、鑭粉和鈰粉混合，加入真空感應(yīng)爐中，在溫度980℃下進(jìn)行熔煉25分鐘；（2）冷卻，粉碎后和鋯粉、鎳粉、鐵粉混合，加入行星球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨75分鐘，轉(zhuǎn)移至冷壓模中進(jìn)行壓制，壓強(qiáng)為540MPa，保壓時(shí)間為3.5分鐘；（3）在溫度490℃和氬氣保護(hù)下擴(kuò)散燒結(jié)4.5小時(shí)；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氫化硼鋰、納米二氧化鈦、三氧化二鐵、三氟化鈦和氧化鈷，加入球磨機(jī)中，在2MPa氫氣壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)速280r/min下球磨4.5小時(shí)即得，其中，球料比為24:l。實(shí)施例5一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，由以下成分以重量份制備而成：碳晶20份、氫化硼鋰1份、鎂粉40份、鎳粉16份、鐵粉5份、鋯粉4份、鑭粉0.4份、鈰粉0.5份、納米二氧化鈦3份、三氧化二鐵4份、三氟化鈦2份、氧化鈷2份。上述碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法為：（1）將鎂粉、鑭粉和鈰粉混合，加入真空感應(yīng)爐中，在溫度1000℃下進(jìn)行熔煉30分鐘；（2）冷卻，粉碎后和鋯粉、鎳粉、鐵粉混合，加入行星球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨80分鐘，轉(zhuǎn)移至冷壓模中進(jìn)行壓制，壓強(qiáng)為550MPa，保壓時(shí)間為4分鐘；（3）在溫度500℃和氬氣保護(hù)下擴(kuò)散燒結(jié)5小時(shí)；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氫化硼鋰、納米二氧化鈦、三氧化二鐵、三氟化鈦和氧化鈷，加入球磨機(jī)中，在2MPa氫氣壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)速300r/min下球磨5小時(shí)即得，其中，球料比為25:l。對(duì)比例1本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于不含有鑭粉和鈰粉。具體地說(shuō)是：一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，由以下成分以重量份制備而成：碳晶10份、氫化硼鋰0.5份、鎂粉20份、鎳粉8份、鐵粉2份、鋯粉2份、納米二氧化鈦1份、三氧化二鐵2份、三氟化鈦1份、氧化鈷1份。上述碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法為：（1）將鎂粉、鋯粉、鎳粉和鐵粉混合，加入行星球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨60分鐘，轉(zhuǎn)移至冷壓模中進(jìn)行壓制，壓強(qiáng)為500MPa，保壓時(shí)間為3分鐘；（3）在溫度450℃和氬氣保護(hù)下擴(kuò)散燒結(jié)4小時(shí)；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氫化硼鋰、納米二氧化鈦、三氧化二鐵、三氟化鈦和氧化鈷，加入球磨機(jī)中，在1MPa氫氣壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)速250r/min下球磨3小時(shí)即得，其中，球料比為20:1。對(duì)比例2本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于不含有納米二氧化鈦和三氧化二鐵。具體地說(shuō)是：一種碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料，由以下成分以重量份制備而成：碳晶10份、氫化硼鋰0.5份、鎂粉20份、鎳粉8份、鐵粉2份、鋯粉2份、鑭粉0.2份、鈰粉0.2份、三氟化鈦1份、氧化鈷1份。上述碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法為：（1）將鎂粉、鑭粉和鈰粉混合，加入真空感應(yīng)爐中，在溫度940℃下進(jìn)行熔煉10分鐘；（2）冷卻，粉碎后和鋯粉、鎳粉、鐵粉混合，加入行星球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨60分鐘，轉(zhuǎn)移至冷壓模中進(jìn)行壓制，壓強(qiáng)為500MPa，保壓時(shí)間為3分鐘；（3）在溫度450℃和氬氣保護(hù)下擴(kuò)散燒結(jié)4小時(shí)；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氫化硼鋰、三氟化鈦和氧化鈷，加入球磨機(jī)中，在1MPa氫氣壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)速250r/min下球磨3小時(shí)即得，其中，球料比為20:1。本發(fā)明材料的部分性能指標(biāo)見(jiàn)下表，我們可以看到本碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫密度可高達(dá)7.61wt%，初始放氫溫度最低可至208.9℃，同時(shí)其活化能也可低至108.24kJ/mol，放氫速率快，放氫動(dòng)力學(xué)性能有所提高。對(duì)比例1中不含有鑭粉和鈰粉，儲(chǔ)氫密度明顯下降，活化能也下降較為明顯，說(shuō)明這兩種成分對(duì)于提高儲(chǔ)氫密度和放氫動(dòng)力學(xué)性能有較大的作用，對(duì)比例2中不含有納米二氧化鈦和三氧化二鐵，儲(chǔ)氫密度下降度比對(duì)比例1更明顯，說(shuō)明經(jīng)過(guò)這兩種物質(zhì)對(duì)材料復(fù)合改性后，能明顯提高本材料的儲(chǔ)氫性能。表1碳質(zhì)鎂基復(fù)合儲(chǔ)氫材料的部分性能指標(biāo)產(chǎn)品名稱儲(chǔ)氫密度（wt%）初始放氫溫度（℃）活化能（kJ/mol）實(shí)施例17.42209.4108.66實(shí)施例27.47209.3108.51實(shí)施例37.53209.1108.39實(shí)施例47.61208.9108.24實(shí)施例57.58209.2108.33對(duì)比例17.21213.4115.47對(duì)比例27.16212.5117.63當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3