專利名稱：一種鎂銦固溶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儲氫材料，尤其涉及一種鎂銦固溶體及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前所研究開發(fā)的儲氫材料，普遍存在的問題是具有很高的熱力學(xué)穩(wěn)定性，因而 放氫溫度高；另一方面是，動力學(xué)性能差，特別是放氫動力學(xué)。這兩方面的缺點嚴重阻礙了 儲氫材料的實際應(yīng)用。現(xiàn)有開發(fā)的儲氫材料中，鎂由于具有高的理論儲氫量，良好的循環(huán)性能，以及鎂資 源豐富等優(yōu)點，廣泛地吸引了人們的興趣，被認為是最有發(fā)展前途的儲氫材料之一。但鎂氫 化物的形成焓高達-74.5kJ/mol H2，通常情況下需要在300°C以上才能緩慢放氫。所以，對 鎂這種儲氫材料的研究，最關(guān)鍵的一點就是降低其氫化物的熱力學(xué)穩(wěn)定性。在過去的研究中，為了提高鎂的動力學(xué)性能，采用了添加催化劑、與其它化合物復(fù) 合和獲得納米晶結(jié)構(gòu)等方法，并取得了良好的結(jié)果，特別對鎂的吸氫動力學(xué)有了顯著的改 善。然而在熱力學(xué)去穩(wěn)定方面，雖然有不少研究工作的開展，但效果依然不理想。有的研究 者采用添加第二組元，使其在放氫過程中與鎂形成熱力學(xué)穩(wěn)定的化合物，從而達到對鎂氫 化物的去穩(wěn)定作用，如添加Si元素，這種方法雖然降低了鎂氫化物的熱力學(xué)穩(wěn)定性，但由 于在脫氫過程中形成的Mg2Si過于穩(wěn)定，導(dǎo)致該反應(yīng)不可逆。因此，尋找一種方法既能達到 對鎂氫化物去穩(wěn)定作用，又能保持良好的循環(huán)性能是鎂儲氫材料發(fā)展的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種鎂銦固溶體及其制 備方法，使鎂的吸放氫反應(yīng)路徑發(fā)生改變，從而達到減少鎂的吸放氫焓變、降低鎂氫化物熱 力學(xué)上穩(wěn)定性的效果，同時具有良好的可逆性，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不可逆或者可逆性差 的問題。本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn)一種鎂銦固溶體，該鎂銦固溶體中鎂、銦的摩爾 比為(100-x) X，其中 0<x<12。上述鎂銦固溶體的制備方法，包括以下步驟(1)把鎂粉和銦粉按照摩爾比(100-x) X，其中0 < χ < 12的比例配制樣品A ；(2)將按照步驟(1)比例配制的樣品A，在球磨機上進行混粉，得到混合粉末B ；(3)把步驟⑵中，得到的混合粉末B壓制成形，得到生坯C，將生坯C在真空爐中 通氬氣保護進行燒結(jié)處理；(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體。所述步驟(3)中壓制成形的壓力約50MPa lOOMPa。所述步驟(3)保護氣壓約1個大氣壓；燒結(jié)溫度約300°C 600°C ；燒結(jié)時間約3 小時 10小時。上述球磨機可以是行星式球磨機，也可以是其他球磨機；上述步驟(1)中銦粉含量可以是< IOat% (摩爾比)。本發(fā)明鎂銦固溶體，可作為制造電池的材料、氫氣的分離以及回收和凈化材料、制 冷或采暖設(shè)備材料等。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點及效果在于a、本發(fā)明采用在鎂中添加適量的銦，并通過上述方法制備的鎂銦固溶體，利用固 溶體在吸放氫反應(yīng)中的相變調(diào)制鎂的氫化和脫氫反應(yīng)焓，從而達到對鎂氫化物的去穩(wěn)定作 用。另一方面，第二組元銦的存在有利氫的解離和擴散，也提高了鎂的吸放氫動力學(xué)性能；b、具體地說，本發(fā)明的方法所制得的鎂銦固溶體，在保持了鎂的晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生 改變情況下，使得鎂的單胞體積減??；在吸氫反應(yīng)過程中，固溶體發(fā)生分解形成鎂氫化物和 鎂銦化合物；而在脫氫時，又重新形成鎂銦固溶體，利用反應(yīng)過程中的相變實現(xiàn)了對鎂吸放 氫反應(yīng)焓的調(diào)制。另外，由于第二組元的添加，容易通過球磨的方法獲得納米結(jié)構(gòu)，這種納 米結(jié)構(gòu)的鎂具有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)粗晶鎂的吸放氫動力學(xué)行為；c、步驟(3)中通氬氣保護，避免鎂的氧化，燒結(jié)溫度300 600°C使Mg-In之間發(fā) 生擴散反應(yīng)，避免銦由于比重大而導(dǎo)致偏析；d、步驟(4)中采用氬氣氛下球磨，使制備的鎂銦固溶體成分均勻，且具有納米結(jié) 構(gòu)，有利于氫的擴散進行；綜上所述，本發(fā)明保持了鎂的晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，繼承了鎂的優(yōu)良儲氫性能；本 發(fā)明可逆性好，解決了其它方法中的可逆性差的問題，固溶體吸放氫完全可逆；本發(fā)明制備 工藝簡單，有效節(jié)約了經(jīng)濟成本；本發(fā)明降低了放氫溫度的同時，也提高了脫氫反應(yīng)速率。


圖1是本發(fā)明初始粉末(Mg，In)及樣品球磨40和50小時的XRD譜圖2是本發(fā)明Mg、In固溶體吸放氫過程的相變，a吸氫前，b不完全吸氫，c完全吸 氫，d脫氫后。圖3是本發(fā)明Mg、In固溶體與Mg脫氫性能比較，a =Mg在300°C下放氫，b :Mg、In 在270°C下放氫，c :Mg、In在300°C下放氫。圖4是本發(fā)明Mg、In在不同溫度下的循環(huán)PCI曲線。圖5是本發(fā)明添加不同量的In對Mg吸放氫焓變的影響。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于 此。實施例1 (1)把Mg粉和In粉按照摩爾比95 5的比例混合，配制樣品A ；(2)按照步驟(1)比例配制的樣品A，在行星式球磨機上球磨進行混粉，得到混合 粉末B;(3)把步驟(2)中得到的混合粉末B在IOOMPa下壓制成形，得到生坯C，將生坯C 在真空爐中通氬氣保護進行560°C燒結(jié)3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體合^^ ο實施例2 (1)把Mg粉和In粉按照摩爾比95 5的比例混合，配制樣品A ；(2)按照步驟(1)比例配制的樣品A，在行星式球磨機上球磨進行混粉，得到混合 粉末B;(3)把步驟(2)中，得到的混合粉末B在IOOMPa下壓制成形，得到生坯C，將生坯 C在真空爐中通氬氣保護進行40(TC燒結(jié)3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體合
^^ ο實施例3 (1)把Mg粉和In粉按照摩爾比90 10的比例混合，配制樣品A ；(2)按照步驟(1)比例配制的樣品A，在行星式球磨機上球磨進行混粉，得到混合 粉末B;(3)把步驟(2)中，得到的混合粉末B在IOOMPa下壓制成形，得到生坯C，將生坯 C在真空爐中通氬氣保護進行560°C燒結(jié)3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體合
^^ ο實施例4 (1)把Mg粉和In粉按照摩爾比98 2的比例混合，配制樣品A ；(2)按照步驟(1)比例配制的樣品A，在行星式球磨機上球磨進行混粉，得到混合 粉末B;(3)把步驟(2)中，得到的混合粉末B在IOOMPa下壓制成形，得到生坯C，將生坯 C在真空爐中通氬氣保護進行560°C燒結(jié)3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體合
^^ ο實施例5 (1)把Mg粉和In粉按照摩爾比90 10的比例混合，配制樣品A ；(2)按照步驟(1)比例配制的樣品A，在行星式球磨機上球磨進行混粉，得到混合 粉末B;(3)把步驟(2)中，得到的混合粉末B在50MPa下壓制成形，得到生坯C，將生坯C 在真空爐中通氬氣保護進行40(TC燒結(jié)6個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體合
^^ ο實施例6 (1)把Mg粉和In粉按照摩爾比98 2的比例混合，配制樣品A ；(2)按照步驟(1)比例配制的樣品A，在行星式球磨機上球磨進行混粉，得到混合 粉末B;(3)把步驟(2)中，得到的混合粉末B在50MPa下壓制成形，得到生坯C，將生坯C 在真空爐中通氬氣保護進行40(TC燒結(jié)5個小時，保護氣壓為1個大氣壓。
(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體合
^^ ο實施例7 (1)把Mg粉和In粉按照摩爾比95 5的比例混合，配制樣品A ；(2)按照步驟(1)比例配制的樣品A，在行星式球磨機上球磨進行混粉，得到混合 粉末B;(3)把步驟(2)中，得到的混合粉末B在50MPa下壓制成形，得到生坯C，將生坯C 在真空爐中通氬氣保護進行30(TC燒結(jié)10個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體合
^^ ο實施例8 (1)把Mg粉和In粉按照摩爾比95 5的比例混合，配制樣品A ；(2)按照步驟(1)比例配制的樣品A，在行星式球磨機上球磨進行混粉，得到混合 粉末B;(3)把步驟(2)中，得到的混合粉末B在IOOMPa下壓制成形，得到生坯C，將生坯 C在真空爐中通氬氣保護進行60(TC燒結(jié)3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體合
^^ ο上述實施例僅為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例 的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種鎂銦固溶體，其特征在于該鎂銦固溶體中鎂、銦的摩爾比為(100 x)∶x，其中0＜x＜12。
2.權(quán)利要求1鎂銦固溶體的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)把鎂粉和銦粉按照摩爾比(100-x) X，其中0 < χ < 12的比例配制樣品A ；(2)將按照步驟(1)比例配制的樣品A，在球磨機上進行混粉，得到混合粉末B;(3)把步驟(2)中，得到的混合粉末B壓制成形，得到生坯C，將生坯C在真空爐中通氬 氣保護進行燒結(jié)處理；(4)經(jīng)步驟(3)燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂銦固溶體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中壓制成 形的壓力為50MPa 1 OOMPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂銦固溶體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)保護氣壓 為1個大氣壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂銦固溶體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)燒結(jié)溫度 為 300°C 600"C。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂銦固溶體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)燒結(jié)時間 為3小時 10小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂銦固溶體的制備方法，其特征在于，所述球磨機為行星式 球磨機。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂銦固溶體的制備方法，其特征在于，所述銦粉含量 ^ IOat. %。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎂銦固溶體及其制備方法，(1)把鎂粉和銦粉按照摩爾比(100-x)∶x，其中0＜x＜12的比例配制樣品A，樣品A在球磨機上進行混粉，得到混合粉末B并壓制成形，得到生坯C并在真空爐中通氬氣保護進行燒結(jié)處理，燒結(jié)處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體；添加適量的銦制備成鎂銦固溶體，使鎂的吸放氫反應(yīng)路徑發(fā)生改變，從而達到減少鎂的吸放氫焓變、降低鎂氫化物(MgH2)熱力學(xué)上穩(wěn)定性的效果，鎂銦合金同時具有良好的可逆性，解決了不可逆或者可逆性差的問題。
文檔編號C22C23/00GK101967590SQ201010522419
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者曾美琴, 朱敏, 歐陽柳章, 王輝, 鐘海長 申請人:華南理工大學(xué)