專利名稱：改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的催化劑及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儲氫材料催化領(lǐng)域，具體為一種能夠提高Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的催化劑。
背景技術(shù)：
能源是人類活動的源泉，清潔能源更是人類社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，而近年來石油、煤炭等化石燃料因過分開釆而日趨枯竭，從而引發(fā)了人類社會深刻的能源危機。氫氣是一種清潔的燃料，無毒、無臭；和氧燃燒產(chǎn)生純凈的水。因此，它的使用對大氣的污染很小，從環(huán)保的角度來看，氫氣無疑是一種理想的燃料。在整個氫能系統(tǒng)中，貯氫是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。經(jīng)過30多年的研究開發(fā)，貯氫合金已廣泛用于氫的貯存和運輸、氫同位素分離、溫度和壓力傳感器、有機化合物氫
化反應(yīng)的催化劑和鎳氫電池等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)的貯氫合金AB5、 AB2 、 AB和A2B型貯氫合金的貯氫量均不超過2 wt%。這對于貯氫合金應(yīng)用的某些領(lǐng)域(如燃料電池)是遠遠不夠的。根據(jù)美國能源部POE)的估計，對于一個標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)汽車，行程480km需要氫氣大約358kg。這要求貯氫合金的貯氫量超過6wt。/。，并且體積比密度超過60kgTn-3(H2)。國際能源協(xié)會(EA)也要求貯氫量為5wt°/。，并且放氫溫度低于423K,循環(huán)壽命超過1 000次。世界能源網(wǎng)絡(luò)部(WENET)雖然降低貯氫量的要求至3wt。/。，但同時要求放氫溫度不超過373K(這也是貯氫合金實用化的要求)，循環(huán)壽命超過5 000次。因此，最近六年，貯氫材料的研究和開發(fā)轉(zhuǎn)向高容量、長壽命材料的研究，其中Metal-N-H系列儲氫材料具有很高的氫容量。例如Li3N的理論最大儲氫量可達10.5wt%，Li-Mg-N-H系列儲氫材料的理論儲氫量也在.5.5 8wt。/。之間，該體系儲氫材料主要包括Mg(NH2)2+LiH和LiNH2 + MgH2兩種混合物。這強烈吸引了材料科學(xué)工作者的興趣。研究表明Li2MgN2H2儲氫材料363K對應(yīng)著放氫壓為O.lMpa，這意味著該材料在放氫熱力學(xué)方面滿足實用條件，而且具有很高的氫含量。但是，其本身具有吸放氫溫度高，放氫動力學(xué)緩慢等缺點。所以大量的研究工作旨在解決Li-Mg-N-H體系儲氫材料的上述問題。
為提高Li-Mg-N-H體系儲氫材料的放氫動力學(xué)，從選擇的催化劑角度考慮，目前已選用的催化劑有單壁、多壁、活性炭、和經(jīng)過修飾的單壁、Ni、 Fe、 Co、Ti、 Ti02、 VC13、 TiCl3等納米粉體。然而，上述的催化劑對Li-Mg-N-H放氫動
力學(xué)提高的效果還不是很明顯，而且催化劑的制備成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種價格低廉的催化劑，利用該催化劑可以有效改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)性能。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆取以下的技術(shù)方案
一種改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的催化劑，該催化劑為(Ti-Cr-V)-Mn-R合金，其中R為Ce或富Ce混合稀土，該合金的成分和含量為鈦元素為20~30wt%,釩元素為3(K45wt°/。，鉻元素為25 35wt%，錳元素為5 15wt%, R為l 5wt%。
本發(fā)明所使用的富Ce的混合稀土的成分和含量如下Ce(50.57wt%)， La(33,47 wt %)， Pr(4.64 wt % ), Nd (11.32 wt %);但本發(fā)明并不限于具有上述成分和含量富Ce的混合稀土， 一般來講，在富鈰混合稀土中，Ce的含量在40重ly。以上，其余是Nd、 La和Pr稀土元素，本發(fā)明也是可以使用該富鈰混合稀土的。
所述的(Ti-Cr-V)-Mn-R合金為平均粒徑《50拜的合金粉。
所述的合金粉是釆用氫化處理和/或機械破碎的破碎方法制成的粉狀。
一種改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的方法，將本發(fā)明的(Ti-Cr-V)-Mn-R合金利用球磨方式與Li-Mg-N-H體系材料進行復(fù)合，(Ti-Cr-V)-Mn-R合金相對于Li-Mg-N-H體系材料的復(fù)合比例為l~15mol% ;球磨具體工藝參數(shù)為球料重量比5 15: 1，球磨時間5~30小時，罐內(nèi)充入0.5 3Mpa的保護氣氛。
所述的保護氣氛為氫氣、氬氣、氦氣中的一種或幾種。
在本發(fā)明中，(Ti-Cr-V)-Mn-R合金中鈦、鉻、釩為基體成分；而其他的成分作為合金的添加成分，這些元素起到改善合金本身放氫性能的作用。
本發(fā)明的有益效果是
利用本發(fā)明中所闡述的催化劑，可以使Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)得到有效的改善。
具體實施例方式
在下述實施例卜5中所使用的的磨球的材質(zhì)和大小都是一樣的。磨球的材質(zhì)和大小及重量如下
材質(zhì)符合GB308 - 2002國家標(biāo)準(zhǔn)的GCrl5;大小直徑為①8mm;重量2g。實施例1
催化劑的具體成分為設(shè)定合金成分總量作為100wt。/。時，鈥為20wt%，釩元素為45wt。/。，鉻元素為25wt。/。，錳元素為5wt。/。，鈰元素為5wt。/。。按照上述配比，制備TiV2.uCiY2Mno.2,Ce,合金。將一定量的該合金，通過氫化和球磨兩種破碎方式對合金進行細(xì)化處理，得到的合金平均粒徑為40,。最后，向2LiNH2+MgH2儲氫材料中加入相對于該2LiNH2+MgH2儲氫材料的4mol。/。催化劑，通過球磨混料，工藝參數(shù)為球磨時間5h、球料重量比10:1，在球磨罐中充入一定壓力(0.5Mpa)的氫氣保護氣體。測試結(jié)果表明，該催化劑可使2LiNH2+MgH2開始1小時的放氫量提升1.5倍。
實施例2
催化劑的具體成分為設(shè)定合金成分總量作為100wt。/。時，鈦為30wt%,釩元素為30wt。/。，鉻元素為30wt。/。，錳元素為5wt。/。，鈰元素為5wt。/。。按照上述配比，制備TiVo.94Cr證Mn^5Ceo.o6合金，通過多次吸放氫細(xì)化處理，得到的合金平均粒徑為50[Jm。向Mg(NH2)2+2LiH體系儲氫材料中加入相對于該Mg(NH2)2+2LiH儲氫材料的8mol。/。的該催化劑，通過球磨混料，工藝參數(shù)為球磨時間10h、球料重量比10:1，在球磨罐中充入氫氣(1Mpa)。測試結(jié)^明，該催化劑可使Mg(NH2)2+2LiH儲氫材料在20(TC條件下，開始1小時的放氫量提升1.4倍。
實施例3
催化劑的具體成分為設(shè)定合金成分總量作為100wt。/。時，鈦為20wt%，釩元素為34wt%,鉻元素為30wt%，錳元素為15wt%,鈰元素為lwt%。按照上述配比，制備TiV,.6Cr，.4Mno.65Ceo.o2合金，并將該合金進行多次吸放氫處理，使合金細(xì)化，得到的合M均粒徑為50|Jm。向3Mg(NH2)2+8LiH體系中加入相對于該3Mg(NH2)2+8LiH儲氫材料的10moiy。的該催化劑，通過球磨混料，工藝參數(shù)為J求磨時間15h、球料重量比15:1，球磨罐中充入一定壓力的氦氣(1.5Mpa)。測試 結(jié)果表明，該催化劑可使3Mg(NH2)2+8LiH儲氫材料在20(rC條件下，開始1小 時的放氫量提升1.2倍。 實施例4
催化劑的具體成分為設(shè)定合金成分總量作為100wt。/。時，鈦為25wt%,釩 元素為40wt%，鉻元素為wt25%，錳元素為8wt%，鈰元素為2wt%。按照上述配 比，制備TiV"Qb.92Mno.28Ce,合金，通過球磨對合金進行細(xì)化處理，得到的合 金平均粒徑為30|Jm 。。向3Mg(NH2)2+12LiH體系中加入相對于該 3Mg(NH2)2+12LiH儲氫材料的4mol。/o的該催化劑，通過球磨混料，工藝參數(shù)為 球磨時間30h、球料重量比20:1，球磨罐中充入(2Mpa)的氬氣。測試結(jié)果表明， 該催化劑可使3Mg(NH2)s+12LiH儲氫材料在20(TC條件下，開始1小時的放氫量 提升1.1倍。
實施例5
催化劑的具體成分為設(shè)定合金各成分總量作為100wt。/。時，鈦為20wt%, 釩元素為45wt。/。，鉻元素為25wt。/。，錳元素為8wt%,富Ce混合稀土元素為2wt%。 按照上述配比，制備TiV2.,CruMno.35Mmo.o3合金，其中，Mm為富Ce混合稀土元 素。將一定量的該合金，通過多次吸放氫和球磨對合金進行細(xì)化處理，得到的合 金平均粒徑為25(Jm。向2LiNH2+MgH2體系中加入相對于該2LiNH2+MgH2儲氫 材料的4mol。/。的該催化劑，通過球磨混料，工藝參數(shù)為球磨時間5h、球料重量 比20:1，在球磨罐中充入3Mpa的氫氣。測試結(jié)果表明，該催化劑可使 2LiNH2+MgH2儲氫材料在20(TC條件下，開始1小時的放氫量提升1.5倍。
權(quán)利要求
1、改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的催化劑，其特征在于該催化劑為(Ti-Cr-V)-Mn-R合金，其中R為Ce或富Ce混合稀土，該合金的成分和含量為鈦元素為20～30wt％，釩元素為30～45wt％，鉻元素為25～35wt％，錳元素為5～15wt％，R為1～5wt％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的催化 劑，其特征在于所述的(Ti-Cr-V)-Mn-R合金為平均粒徑《50,的合金粉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的催化 劑，其特征在于所述的合金粉是釆用氫化處理和/或禾/W戒破碎的破碎方法制成的
4、 一種改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的方法，其特征在于將 權(quán)利要求1或2所述的(Ti-Cr-V)-Mn-R合金利用球磨方式與Li-Mg-N-H體系材 料進行復(fù)合，(Ti-Cr-V)-Mn-R合金相對于Li-Mg-N-H體系材料的復(fù)合比例為 l 15mol% ;球磨具體工藝參數(shù)為球料重量比5 15: 1，球磨時間5~30小時， 罐內(nèi)充入0.5 3 Mpa的保護氣氛。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的改善Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)的萬法， 其特征在于所述的保護氣氛為氫氣、氬氣、氦氣中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能有效提高Li-Mg-N-H體系儲氫材料放氫動力學(xué)性能的催化劑(Ti-Cr-V)-Mn-R。其中R為Ce或富Ce混合稀土，該合金的成分和含量為鈦元素為20～30wt％，釩元素為30～45wt％，鉻元素為25～35wt％，錳元素為5～15wt％，R為1～5wt％。按照一定工藝將該催化劑以一定的比例摻雜進入Li-Mg-N-H中，制備成復(fù)合儲氫材料。采用本發(fā)明所闡述的催化劑可以使Li-Mg-N-H復(fù)合儲氫材料在200℃下開始1小時的放氫量提高1倍以上。
文檔編號B01J23/16GK101623627SQ20081011649
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者劉曉鵬, 芳 呂, 李華玲, 李國斌, 李志念, 王勁川, 王樹茂, 蔣利軍, 雷 郝 申請人:北京有色金屬研究總院