專(zhuān)利名稱(chēng)：納米晶儲(chǔ)氫復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于儲(chǔ)氫的納米晶復(fù)合材料。
本發(fā)明還涉及制備這樣的復(fù)合材料的方法及其應(yīng)用。
發(fā)展和使用一種復(fù)合材料的主要原因是(1)利用這樣的復(fù)合材料的每個(gè)組分的優(yōu)異性能，(2)利用其復(fù)合(多組分)結(jié)構(gòu)。
在用于儲(chǔ)氫的復(fù)合材料的情況下，結(jié)合兩種或多種氫載體的目的主要是能夠改進(jìn)所得的復(fù)合材料的氫化/脫氫性能使其能提供一個(gè)更寬的操作條件范圍。
雖然存在大量的氫載體，這些氫載體主要由在-40℃～500℃溫度范圍內(nèi)操作的金屬氫化物組成，但是還沒(méi)有合適的氫載體能夠同時(shí)提供最佳的氫化條件和高的儲(chǔ)氫容量。通過(guò)實(shí)施例，在以氫氣為燃料的交通工具的情況下，這樣的“最佳”氫化條件是在約150℃的溫度下吸附/脫附氫氣的能力，而“高的”儲(chǔ)氫容量是載體儲(chǔ)存3重量％以上的氫氣的能力。
到目前為止，還沒(méi)有能夠同時(shí)滿(mǎn)足這些要求的氫載體。實(shí)際上，所有能夠在低于100℃操作的氫載體的儲(chǔ)氫容量太低，不能有效地輸送。例如，F(xiàn)eTi的儲(chǔ)氫容量為1.9重量％，而LaNi5的儲(chǔ)氫容量為1.3重量％。另一方面，所有具有高儲(chǔ)氫容量的氫載體，例如Mg2Ni的儲(chǔ)氫容量為3.6重量％或Mg的儲(chǔ)氫容量為7.65重量％，要求300℃以上的溫度進(jìn)行氫化/脫氫循環(huán)。當(dāng)然，吸附/脫附需要高溫(通常在300～400℃的范圍內(nèi))降低了這樣的載體的效率以及在用氫氣作為燃料的交通工具中的潛在的發(fā)展和應(yīng)用。
在1995年2月2日申請(qǐng)的具有相同受讓人的系列號(hào)為No.08/382,776和387,457的共同未決的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，提出了新一代氫載體，由摻入或不摻入催化劑的納米晶金屬氫化物粉末組成。
更具體地，系列號(hào)為No.08/387 457的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环NNi和Mg、La、Be或Ti的合金粉末，由晶粒尺寸小于100nm的晶體組成，優(yōu)選的是晶粒尺寸小于30nm，這種粉末的晶體結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行氫吸附。這種粉末優(yōu)選的是通過(guò)機(jī)械研磨的方法獲得，可能含有Mg2Ni、LaNi5或者Be或Li的Ni基合金。它特別適用于儲(chǔ)存和輸送氫氣，因?yàn)樗恍枰騼H需要一種低溫下的活化處理使其吸附氫氣，其氫氣的吸附動(dòng)力學(xué)和擴(kuò)散速度是迅速的。
系列號(hào)為No.0.8/382 776提出了一種非常輕質(zhì)的、Mg和Be基材料，其可逆儲(chǔ)氫能力具有非常好的動(dòng)力學(xué)。這種材料的通式為(M1-xAx)Dy其中M是Mg、Be或其組合；A是選自由Li、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、O、Si、B、C和F組成的組中的一種元素；D是選自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir和Pt組成的組中的一種金屬(優(yōu)選的是Pd)；x是一個(gè)在0～0.3范圍內(nèi)的數(shù)；y是一個(gè)在0～0.15范圍內(nèi)的數(shù)。
這種材料是由上文確定的分子式M1-xAx的顆粒粉料形式的材料，每個(gè)顆粒由納米晶晶粒組成，晶粒平均尺寸為3～100nm，或者具有納米層狀結(jié)構(gòu)，層間距為3～100nm。某些顆粒具有與其連接的金屬D的簇團(tuán)，簇團(tuán)的平均尺寸在2～200nm范圍內(nèi)。
在上述兩個(gè)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中提出的納米晶粉末克服傳統(tǒng)氫化物的大多數(shù)缺點(diǎn)，包括-氧化反應(yīng)中毒的問(wèn)題；-需要活化；-太慢的氫化/脫氫動(dòng)力學(xué)。
后一點(diǎn)是重要的，因?yàn)闅錃馕降耐怀龅膭?dòng)力學(xué)特征明顯把Mg基氫化物的有效操作溫度降低到傳統(tǒng)的多晶材料不能達(dá)到的溫度范圍(例如，200～250℃)。
盡管有上述優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于氫載體，尤其是金屬氫化物的許多潛在的應(yīng)用要求以氫氣為燃料的裝置的冷起動(dòng)，這意味著在室溫下起始所說(shuō)的過(guò)程，并且在所說(shuō)的裝置升溫時(shí)具有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷氐目赡苄浴?br> 本發(fā)明的目的是提供一種下文稱(chēng)為“納米晶復(fù)合材料”的新產(chǎn)品，具有上述的納米晶氫化物的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也能夠設(shè)計(jì)氫化/脫氫性能滿(mǎn)足給定的性能。
這個(gè)目的用特別適用于儲(chǔ)氫的納米晶復(fù)合材料來(lái)達(dá)到，這種復(fù)合材料包括下列組合a)至少一種下文稱(chēng)為“高溫金屬氫化物”的第一種氫載體，具有高的氫儲(chǔ)存容量但是需要在高溫下進(jìn)行氫氣的吸附和脫附；b)至少一種下文稱(chēng)為“低溫金屬氫化物”的第二種氫載體，具有低的氫儲(chǔ)存容量但是不需要高溫進(jìn)行氫氣的吸附和脫附。
根據(jù)本發(fā)明，所說(shuō)的高溫和低溫金屬氫化物相互之間直接接觸，并且每一種都以納米晶粉末的形式存在。
這種粉末由顆粒組成，本文所用的術(shù)語(yǔ)“納米晶”是指平均尺寸為3～100nm的納米晶晶粒組成的顆粒，或者具有層間距為3～100nm的納米層狀結(jié)構(gòu)的顆粒。
通過(guò)非限制性的實(shí)施例說(shuō)明，所說(shuō)的高溫金屬氫化物可以由Mg、Mg2Ni和可能的Be，以及Li合金組成，而所說(shuō)的低溫金屬氫化物可以由FeTi和LaNi5等合金或Nb、V、Na、Cs、Mn和Pd等金屬組成。
正如可以理解的那樣，本發(fā)明的主要想法是利用至少兩種不同種類(lèi)的金屬氫化物，這兩種氫化物在不同的溫度下操作，從而可以進(jìn)行多階段的氫化/脫氫循環(huán)。
在利用根據(jù)本發(fā)明的所說(shuō)的復(fù)合材料作為燃料源時(shí)，低溫金屬氫化物(例如FeTi或LaNi5)用于所說(shuō)的裝置的冷起動(dòng)。這種低溫金屬氫化物，可以?xún)H占復(fù)合材料的總重量的30％，不會(huì)明顯降低該系統(tǒng)的總儲(chǔ)氫容量。只要容器內(nèi)的氫氣壓力低于某一個(gè)值(例如小于5bar)，它在室溫下就可以釋放出氫氣。原來(lái)吸附的氫氣可以立即用于燃燒。
在所說(shuō)的裝置起動(dòng)后，尤其是在這樣的裝置是燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)其形成的足夠高的溫度可以進(jìn)行所說(shuō)的復(fù)合材料的另一組分，即高溫金屬氫化物(Mg、Mg2Ni、或它們與其它元素的合金)的脫附。
在所說(shuō)的裝置關(guān)閉后的降溫過(guò)程中，兩種不同金屬氫化物的組合還具有另外的優(yōu)點(diǎn)。如果溫度不能立即降低，高溫氫化物的脫附在所說(shuō)的裝置關(guān)閉后仍然可以進(jìn)行。在這種情況下，任何未用的過(guò)量的氫氣將會(huì)被在冷卻過(guò)程中與所說(shuō)的高溫金屬氫化物接觸的低溫氫化物所吸附，從而可以用于所說(shuō)的裝置的下次冷起動(dòng)。
在上述描述中，參考了把氫氣為燃料的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)作為本發(fā)明的潛在應(yīng)用。當(dāng)然，應(yīng)該理解的是這樣的應(yīng)用不是唯一的，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的相同的優(yōu)點(diǎn)也可以用于熱泵、發(fā)電機(jī)以及類(lèi)似的用途。
在閱讀了非限制性的詳細(xì)描述后，將會(huì)更好地立即本發(fā)明、其制備方法及其用途和優(yōu)點(diǎn)。
在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的納米晶合金的示意性的截面圖，其形式為壓制的高溫和低溫納米晶金屬氫化物層的形式。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的納米晶合金的示意性的截面圖，其形式為用高溫金屬氫化物制成的核上涂覆一個(gè)低溫金屬氫化物的表面層。
圖3是溫度在室溫到200℃范圍內(nèi)，壓力為9bar時(shí)，Mg和FeTi的納米晶復(fù)合材料中吸附的氫氣的重量百分?jǐn)?shù)與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明的納米晶復(fù)合材料特別適用于儲(chǔ)氫，因?yàn)樗峁┝俗罴训臍浠瘲l件和高的儲(chǔ)氫容量。
這種復(fù)合材料由兩種或多種組分制成，包括a)至少一種下文稱(chēng)為“高溫金屬氫化物”的第一種氫載體，按重量計(jì)，具有高的儲(chǔ)氫容量，但是氫氣的吸附和脫附需要高溫；b)至少一種下文稱(chēng)為“低溫金屬氫化物”的第二種氫載體，按重量計(jì)，具有低的儲(chǔ)氫容量，但是氫氣的吸附和脫附不需要高溫。
可以利用Mg或Mg2M作為高溫金屬氫化物。這兩種材料都能吸附大量的氫氣(Mg2Ni為3.6重量％，Mg為7.65重量％)，但是只能在高溫下(200℃以上)。
可以利用FeTi或LaNi5等合金或Nb、V、Na、Cs、Mn和Pd等金屬作為低溫金屬氫化物。所用這些材料能夠在室溫到100℃的低溫下進(jìn)行氫氣的吸附或脫附，但是儲(chǔ)氫容量用重量％表示比Mg或Mg2Ni小得多。例如，F(xiàn)eTi最多可以吸附1.9重量％的氫氣，而LaNi5最多只能吸附1.3重量％的氫氣。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)非常重要的方面，所說(shuō)的高溫和低溫金屬氫化物相互之間必須直接接觸，其每一種都必須是納米粉末或?qū)拥男问?。這種納米晶結(jié)構(gòu)在獲得氫化/脫氫過(guò)程中預(yù)期的性能方面是必要的。實(shí)際上，通過(guò)增強(qiáng)晶界和缺陷上的氫氣擴(kuò)散可以得到非常好的動(dòng)力學(xué)特征。
這些粉末中的每一種可以直接用金屬棒制備。這種直接的制備可以象上面參考的系列號(hào)為No.08/382,776和387,457的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)岢龅姆椒ㄟM(jìn)行，這兩個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)都在本文中引作參考。
更具體地，這樣的直接制備可以以非常簡(jiǎn)單但有效的方法進(jìn)行，即僅僅在室溫下在惰性氣氛中研磨，把金屬粉末或兩種不同金屬粉末的混合物(例如Ni和Mg，按照獲得要求的組成所選定的量)的尺寸減小至納米晶的形式。為了有效地進(jìn)行研磨，這種研磨必須在高能條件下進(jìn)行幾個(gè)小時(shí)，把所說(shuō)的金屬的顆粒尺寸減小至要求的數(shù)值一般需要20小時(shí)，對(duì)于形成一種金屬合金并把顆粒尺寸減小至要求的數(shù)值一般需要30或40小時(shí)。這種研磨可以進(jìn)行從Ni和其它金屬的粉末通過(guò)機(jī)械合金化進(jìn)行的制備，同時(shí)把晶體尺寸減小到要求的數(shù)值。
從實(shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)，這種強(qiáng)烈的研磨可以用高能球磨機(jī)進(jìn)行。對(duì)于這樣的球磨機(jī)的實(shí)例，可以參考以SPE 8000、FRITCH和ZOZ為商標(biāo)出售的那些球磨機(jī)。
在使用不同金屬的粉末的情況下，這樣的在惰性氣氛(如氬氣)中的強(qiáng)烈研磨適當(dāng)不同的金屬在粉末研磨時(shí)發(fā)生反應(yīng)，形成相應(yīng)的晶體合金顆粒。這是特別有意義的，因?yàn)檫@樣可以直接在固態(tài)合成合金，例如，Mg2Ni，這種合金通常很難通過(guò)熔融冷卻法獲得。
為了進(jìn)一步改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明使用的納米晶粉末的質(zhì)量和效率，可以并且應(yīng)該優(yōu)選的是在所說(shuō)的納米晶顆粒表面使用少量(典型的是1重量％)的能夠催化氫氣分子溶解的材料，例如鈀等。這種材料可以以非常簡(jiǎn)單的方法涂敷，即短時(shí)間研磨合成的納米晶顆粒和催化劑材料粉末。這種后研磨使催化劑的簇團(tuán)(如鈀)沉積在所說(shuō)的晶體顆粒表面上。但是，值得注意的是這種附加的研磨不能時(shí)間太長(zhǎng)，否則可能會(huì)形成新的金屬間合金。
在制備了高溫和低溫金屬氫化物中的每一種后，必須把它們結(jié)合在一起產(chǎn)生要求的納米晶復(fù)合材料。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案，通過(guò)混合低溫和高溫的金屬氫化物并通過(guò)在室溫或低溫下壓制所得的混合物可以制備所說(shuō)的復(fù)合材料。由于兩個(gè)原因，這種壓制步驟是重要的。首先，它保證了這兩種金屬氫化物直接接觸。這是重要的，因?yàn)樗f(shuō)的低溫氫化物對(duì)所說(shuō)的高溫氫化物有催化作用。此外，所說(shuō)的低溫氫化物防止了所說(shuō)的高溫氫化物在較高溫度下的燒結(jié)。所說(shuō)的高溫氫化物通常是Mg基的，在較高溫度下對(duì)燒結(jié)是敏感的。這是一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)闊Y(jié)減少了可以用于氫氣吸附/脫附的活性表面和截面。由于在所說(shuō)的復(fù)合材料中存在所說(shuō)的低溫氫化物，可以部分克服這樣的缺點(diǎn)。
可以用與其制備所用的相同的研磨機(jī)混合所說(shuō)的兩種粉末，并結(jié)合一個(gè)附加的研磨步驟進(jìn)一步減小顆粒尺寸。
在這方面，值得一提的是這種制備方面明顯不同于Liang Guoxian等人在其題目為“機(jī)械研磨的Mg-35重量％FeTi1.2粉末的氫氣吸附和脫附特性”(合金和化合物學(xué)報(bào)，尚未發(fā)表)的文章中提出的方法。實(shí)際上，在這篇文章中提出的方法中，先用電弧熔融法制備所說(shuō)的FeTi合金，并破碎成小于80目的粉末。然后把這種粉末與Mg粉混合并把所得的混合物在惰性氣氛中在振動(dòng)球磨機(jī)中經(jīng)過(guò)劇烈的機(jī)械研磨。所得的產(chǎn)物是納米晶顆粒形式的產(chǎn)物，但不是本發(fā)明中獲得的和最后要求的Mg和FeTi粉末的分開(kāi)顆粒的混合物，而且，在Liang Guoxian等人方法，所得的顆?；居蒑g、Fe和Ti的合金組成，在對(duì)非納米晶形式的原始粉末進(jìn)行研磨的過(guò)程中，在這些粉末之間產(chǎn)生相互擴(kuò)散(這種機(jī)理實(shí)際上與在上述的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中用于生產(chǎn)納米晶合金粉末的方法相同)。
根據(jù)本發(fā)明，即使在所說(shuō)的高溫和低溫金屬氫化物的納米晶粉末混合物經(jīng)過(guò)一個(gè)附加的研磨步驟的情況下，這也不同于Liang Guoxian等人提出的方法。實(shí)際上，當(dāng)用作原料的粉末已經(jīng)是納米晶形式時(shí)，進(jìn)一步的研磨不會(huì)導(dǎo)致用傳統(tǒng)的晶體顆粒作原料時(shí)產(chǎn)生的合金和/或金屬之間的相互擴(kuò)散。事實(shí)上，在本發(fā)明中，只獲得細(xì)分散的納米晶顆粒，對(duì)每種材料的物理特性沒(méi)有或只有很少的改變。
如果已經(jīng)證明了這個(gè)第一實(shí)施方案是有效的(見(jiàn)下面的實(shí)施例)，還可以發(fā)現(xiàn)用這種混合的粉末制成的復(fù)合材料，在低溫脫附過(guò)程中，氫氣可能會(huì)被“捕獲”在所說(shuō)的高溫金屬氫化物中。為了防止這樣的缺點(diǎn)，并保證在低溫金屬氫化物中總是能夠存在足夠量的氫氣，建議使所說(shuō)的低溫金屬氫化物(即.LaNi5、FeTi、…)在所說(shuō)的高溫金屬氫化物周?chē)?即.Mg、Mg2Ni、…)并包圍所說(shuō)的所說(shuō)的高溫金屬氫化物。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案，可以用這樣的方式制備所說(shuō)的復(fù)合材料形成三明治結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)用壓制的高溫金屬氫化物(如Mg等)的納米晶粉末制成的內(nèi)層，所說(shuō)的內(nèi)層被壓在兩個(gè)相對(duì)的外層之間，每個(gè)外層用低溫金屬氫化物(如LaNi5等)的壓制納米晶粉末制成。該實(shí)施方案表示于附圖的圖1中。
圖1所述的三明治結(jié)構(gòu)是通過(guò)下列過(guò)程形成的，即把一定量的納米晶LaNi5粉末倒在一個(gè)模具的基底上，對(duì)其施加較小的壓力形成第一層。然后打開(kāi)模具在第一層上倒入一定量的納米晶Mg粉并加壓在第一層上形成第二層。優(yōu)選的是，可以在所說(shuō)的模具中與Mg粉一起插入一個(gè)電阻使其如圖1一樣夾在其中。最后，再打開(kāi)模具，把另一種量的納米晶LaNi5粉末倒入模具中的第二個(gè)壓制層上并加壓在第二層上形成第三層。
所得的復(fù)合材料是三明治“平板”形式，含有一個(gè)高溫金屬氫化物制成的核，夾在兩個(gè)低溫金屬氫化物的外層之間。
在使用中，在這種組合物周?chē)耐獠繅毫Φ慕档蛯?dǎo)致在LaNi5外層中含有的氫氣的立即脫附和釋放。這可以起動(dòng)所說(shuō)的發(fā)動(dòng)機(jī)。一旦這種組合物開(kāi)始加熱，其熱量和與其相連的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能就會(huì)加熱所說(shuō)的Mg核，從而使得這個(gè)芯中含有的更大量的氫氣脫附。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施方案，可以制備另一種有效的、不均勻的納米晶復(fù)合材料，使得每個(gè)顆粒是一個(gè)高溫金屬氫化物(如Mg2Ni等)制成的核，涂覆一個(gè)低溫金屬氫化物(如LaNi5等)的表面層。所說(shuō)的第三個(gè)實(shí)施方案表示于附圖的圖2中。
這樣一種結(jié)構(gòu)可以用不同的方法獲得。
第一種方法基礎(chǔ)在于，象系列號(hào)為No.08/387,457的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)岢龅哪菢?，通過(guò)高能機(jī)械研磨制備一種納米晶Mg2Ni合金。優(yōu)選的是，象上述的專(zhuān)利申請(qǐng)中那樣，在起始的金屬粉末中加入一種催化劑，在所得的合金表面形成催化劑簇團(tuán)。在這個(gè)研磨步驟過(guò)程中，為了使所說(shuō)的合金對(duì)Ni過(guò)飽和，也可以向所說(shuō)的混合物中加入額外的Ni。然后向所說(shuō)的合金中加入純La，使所得的混合物進(jìn)一步經(jīng)過(guò)高能機(jī)械研磨。因?yàn)榻饘賾B(tài)的La比納米晶的合金延展性更大，所以它會(huì)涂覆在所說(shuō)的合金上。此后，使涂覆的顆粒經(jīng)過(guò)熱處理(退火)。這會(huì)導(dǎo)致過(guò)剩的Ni相外面的La涂層中擴(kuò)散，然后形成具有Mg2Ni核和LaNi5涂層的顆粒。
獲得這種結(jié)構(gòu)的另外一種方法是使Mg顆粒和在低溫下吸附氫氣的另一種已知的金屬顆粒Nb、V、Na、Cs、Mn和Pd等的混合物經(jīng)過(guò)高能機(jī)械研磨。已知這些其它的金屬是與Mg不能“自然”混溶的金屬。但是，用這樣的高能研磨，將會(huì)形成一種Mg和所說(shuō)的其它金屬都過(guò)飽和的固溶體。隨后對(duì)所說(shuō)的固溶體進(jìn)行的熱處理(退火)將導(dǎo)致所說(shuō)的其它金屬(例如Nb)向所說(shuō)的顆粒的外表面擴(kuò)散，從而使顆粒具有一個(gè)主要由Mg組成的核和一個(gè)主要由Nb組成的涂層。退火過(guò)程中的溫度應(yīng)該保持足夠低，使得在熱處理過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生過(guò)分的晶粒長(zhǎng)大，微觀組織仍然保持為納米晶體。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的納米晶復(fù)合材料可以用于操作以氫氣為燃料的交通工具。對(duì)于實(shí)施例，一種把15～30重量％，優(yōu)選的是20重量％的低溫氫載體與95～70重量％，優(yōu)選的是80重量％的高溫氫載體結(jié)合在一起的復(fù)合材料將實(shí)現(xiàn)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，這得益于所說(shuō)的低溫金屬氫化物，所說(shuō)的發(fā)動(dòng)機(jī)隨后可以長(zhǎng)距離工作是由于當(dāng)所說(shuō)的發(fā)動(dòng)機(jī)變熱時(shí)開(kāi)始進(jìn)行工作的高溫金屬氫化物的高的儲(chǔ)氫容量。所以，對(duì)于相同量的氫吸附介質(zhì)，可以得到更高的效率。
實(shí)施例通過(guò)混合在高能球磨機(jī)FRITCH中制備的Mg和FeTi(分別為70重量％和30重量％)的納米晶粉末制備一種納米晶Mg-FeTi復(fù)合材料。在相同的機(jī)器中進(jìn)行的混合過(guò)程中，加入0.8重量％的鈀作為催化劑。
然后，把所得的混合物壓成片，把所得的片放在自動(dòng)氣體滴定設(shè)備的反應(yīng)室中。把所得的反應(yīng)室抽真空，在室溫下，在9bar的壓力下放出氫氣。在室溫和200℃的溫度之間進(jìn)行溫度循環(huán)來(lái)達(dá)到Mg基合金的吸附/脫附。
圖3表示了這種二階段氫化過(guò)程的結(jié)果。FeTi在室溫下吸附氫氣，Mg基合金在高溫下吸附氫氣。總的儲(chǔ)氫容量在4重量％以上。
權(quán)利要求
1.一種儲(chǔ)氫的納米晶復(fù)合材料，所說(shuō)的復(fù)合材料包括a)至少一種下文稱(chēng)為“高溫金屬氫化物”的第一種氫氣載體，具有高的用重量表示的儲(chǔ)氫容量，但是氫氣的吸附和脫附需要高溫；b)至少一種下文稱(chēng)為“低溫金屬氫化物”的第二種氫氣載體，具有低的用重量表示的儲(chǔ)氫容量，但是氫氣的吸附和脫附不需要高溫，所說(shuō)的至少一種高溫金屬氫化物和所說(shuō)的至少一種低溫金屬氫化物相互之間直接接觸，并且每一種都是納米晶粉末的形式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的納米晶復(fù)合材料，其中，所說(shuō)的至少一種高溫金屬氫化物的納米晶粉末是在與所說(shuō)的至少一種低溫金屬氫化物混合的混合物中，并且對(duì)所說(shuō)的混合粉末進(jìn)行壓制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的納米晶復(fù)合材料，其中，壓制所說(shuō)的至少一種高溫金屬氫化物，形成在也被壓制了的所說(shuō)的至少一種低溫金屬氫化物的納米晶粉末的兩個(gè)外層之間的一個(gè)內(nèi)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的納米晶復(fù)合材料，其中，由所說(shuō)的至少一種高溫金屬氫化物的所說(shuō)的納米晶粉末制成的內(nèi)層中摻入一個(gè)加熱元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的納米晶復(fù)合材料，其中，所說(shuō)的至少一種高溫金屬氫化物的納米晶粉末是涂有所說(shuō)的至少一種低溫金屬氫化物的納米粉末表面層的核的形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5的任一個(gè)的納米晶復(fù)合材料，其中，所說(shuō)的至少一種高溫金屬氫化物選自由Mg、Mg2Ni和Be以及Li合金組成的組中，所說(shuō)的至少一種低溫金屬氫化物選自由FeTi、LaNi5、Nb、V、Na、Cs、Mn和Pd組成的組中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的納米晶復(fù)合材料，包括70～95重量％的所說(shuō)的至少一種高溫金屬氫化物和15～30重量％的所說(shuō)的至少一種低溫金屬氫化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的納米晶復(fù)合材料，其中，所說(shuō)的至少一種高溫金屬氫化物和所說(shuō)的至少一種低溫金屬氫化物的納米晶粉末包括一種氫溶解催化劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的納米晶復(fù)合材料，其中，所說(shuō)的催化劑由Pd的簇團(tuán)組成。
全文摘要
提出了一種用于儲(chǔ)氫的納米晶復(fù)合材料,提供了最佳的氫化條件以及高的儲(chǔ)氫容量。這種復(fù)合材料結(jié)合了至少一種高溫金屬氫化物,如Mg或Mg
文檔編號(hào)C01B3/00GK1208392SQ97191751
公開(kāi)日1999年2月17日 申請(qǐng)日期1997年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月19日
發(fā)明者R·舒爾茲, S·博利, J·豪特, J·斯卓姆－奧爾森, L·扎魯斯基¤, A·扎魯斯卡 申請(qǐng)人:魁北克水電公司, 邁吉爾大學(xué)