CN107345282A - 催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法 - Google Patents

催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107345282A
CN107345282A CN201710511045.9A CN201710511045A CN107345282A CN 107345282 A CN107345282 A CN 107345282A CN 201710511045 A CN201710511045 A CN 201710511045A CN 107345282 A CN107345282 A CN 107345282A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
hydrogen
magnesium
dispersed precipitate
phases
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710511045.9A
Other languages
English (en)
Inventor
李谦
黎阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201710511045.9A priority Critical patent/CN107345282A/zh
Publication of CN107345282A publication Critical patent/CN107345282A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C22C23/06—Alloys based on magnesium with a rare earth metal as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/023—Hydrogen absorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties
    • C22C2202/04—Hydrogen absorbing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法，镁基纳米复合储氢材料，为含有弥散分布形式的REHx颗粒的Mg‑Ni‑RE合金，其成分按原子数百分比为75~88%Mg、4~14%Ni和5~15%RE(RE=Y,Gd,Er)。该合金粉末制备以Mg、Ni、RE为原料，首先熔炼成合金块，再将其研磨至粒径小于50目粉末；接着将合金粉末置于250~350℃及2~3MPa氢压下保温2~3小时，后保持温度抽真空1~2小时，即得到含弥散分布REHx颗粒的镁基纳米复合储氢材料。本发明制备的储氢材料300℃下最大吸氢量达3.3~5.8 wt.%，循环寿命达620次，具有产业化前景和应用价值。

Description

催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种储氢材料及其制备方法，特别是涉及一种镁基纳米复合储氢材料及其制 备方法，应用于固态储氢技术领域。
背景技术
为应对日益严重的化石能源危机和环境污染问题，开发清洁新能源刻不容缓。由于氢具 有、发热值高、燃烧性好、导热性好、用途广泛、可做储能介质及在自然界中分布广泛等优 点，引起人们的极大兴趣。氢气的存储技术是激活氢产业的关键，20世纪70年代发展起来 的储氢合金就是新能源领域里有重要应用价值的材料之一。
镁基储氢合金具有储氢量高，最高达7.6wt.％，循环可逆性好、成本低等优点，成为潜在 的理想储氢材料。然而吸放氢温度高、速率慢的缺点制约了镁基储氢合金的商业应用。研究 者们通过大量研究发现，采用合金化、纳米限阈、添加催化剂、调控微观组织结构的方法可 显著提高镁基储氢合金的动力学性能。例如：向MgH2中添加NbHx催化剂，并进行球磨处理， 可实现在100℃下吸收4.0wt.％氢气；对添加了TiH2的Mg施以超高能、超高压球磨处理， 可实现在室温下1小时内吸收2.5wt.％氢气；通过将MgH2纳米颗粒沉积于碳气凝胶上，实 现放氢温度较块体MgH2下降140度。然而高能球磨、化学沉积等方法工序复杂、工艺稳定 性较差，不适合大规模工业生产。此外，采用高能球磨法制备出的镁基纳米复合储氢材料吸 放氢循环寿命较短，如上述Mg+TiH2纳米复合储氢材料在经过20次循环吸放氢后，储氢量 下降了近20％。
另一方面，Mg-Ni-RE体系中存在富镁长程堆垛有序结构(LPSO)物相，其中常见类型 有14H、18R和10H。LPSO结构物相中存在大量弥散分布且呈周期性排列的Ni6RE9原子团簇，而Ni、稀土氢化物REHx常作为催化剂加入到镁基储氢材料中以改善吸放氢动力学性能。但现有的储氢材料普遍存在吸放氢温度过高和吸放氢速度慢的缺点，且制备镁基纳米复合储 氢材料方法工序复杂，成本高，材料循环寿命短，影响了储氢材料的实用化进程，限制了对 氢能源的广泛利用。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种催化相 弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法，采用氢诱导分解Mg-Ni-RE(RE＝Y,Gd,Er) 体系中长程堆垛有序结构相，来制备镁基纳米复合储氢材料。本发明方法制得镁基纳米复合 储氢材料具有高储氢容量、高吸放氢速率、长循环寿命和循环稳定性好。本发明方法操作简 单易行，制备成本低，能够显著改善储氢材料吸放氢性能，有效促进镁基纳米复合储氢材料 的实用化进程。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料，为含有弥散分布形式的REHx颗粒的 Mg-Ni-RE合金材料，其Mg-Ni-RE合金基体材料的成分按原子数百分比为75～88％的Mg、4～14％的Ni和5～15％的RE，其中RE为Y、Gd和Er中的任意一种稀土金属元素或者任意 几种混合的稀土金属元素。
作为本发明优选的技术方案，镁基纳米复合储氢材料为粉体粒度不大于50目的Mg-Ni-RE合金粉末，并且在Mg-Ni-RE合金粉末颗粒内部或表面还含有弥散分布形式的REHx颗粒，且REHx颗粒的尺寸不小于50nm。
作为本发明优选的技术方案，Mg-Ni-RE合金基体材料中含有长程堆垛有序结构LPSO物 相中的任意一种LPSO物相或者任意几种混合的LPSO物相，长程堆垛有序结构LPSO物相 的总相分数大于Mg-Ni-RE合金基体材料总重量的50wt.％。
作为本发明优选的技术方案，Mg-Ni-RE合金基体材料中除了长程堆垛有序结构LPSO物 相外，还含有Mg相、Mg2Ni相、Mg2RE相、MgNi2RE2相和MgNi4RE相中的任意一种物相 或者任意几种混合物相。
作为本发明优选的技术方案，Mg-Ni-RE合金基体材料的长程堆垛有序结构LPSO物相主 要包括14H型、18R型和10H型。
作为一种本发明优选的技术方案，Mg-Ni-RE合金基体材料为Mg-Ni-Y合金，含14H型、 18R型或10H型LPSO物相，且LPSO物相的总相分数不低于Mg-Ni-Y合金基体材料总重量的60wt.％；作为另一种本发明优选的技术方案，Mg-Ni-RE合金基体材料为Mg-Ni-Gd合金，含14H型、18R型或10H型LPSO物相，且LPSO物相的总相分数不低于Mg-Ni-Gd合金基 体材料总重量的50wt.％；作为还有一种本发明优选的技术方案，Mg-Ni-RE合金基体材料为 Mg-Ni-Er合金，含14H型、18R型或10H型LPSO物相，且LPSO物相的总相分数不低于 Mg-Ni-Er合金基体材料总重量的50wt.％。
作为一种本发明优选的技术方案，Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Y合金材料，其中YH2颗粒尺寸小于50nm，并弥散分布于镁颗粒内部及表面，形成催化相弥散分布的Mg-Ni-Y合 金材料；作为另一种本发明优选的技术方案，Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Gd合金材料，其 中GdH2颗粒尺寸不大于50nm，并弥散分布于镁颗粒内部及表面，形成催化相弥散分布的Mg-Ni-Gd合金材料；作为还有一种本发明优选的技术方案，Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Er合金，其中GdH2颗粒尺寸不大于50nm，并弥散分布于镁颗粒内部及表面，形成催化相弥散分布的Mg-Ni-Gd合金材料。
一种本发明催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-RE合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-RE合金基体材料的 成分元素化学比计算成分配比，称取Mg块、Ni块和RE块；采用感应熔炼炉，首先熔炼Ni-RE 二元合金，再按配比逐步加入Mg块，至目标制备的Mg-Ni-RE合金基体材料质量，然后补 加Mg的烧损量为5～10wt.％；在整个熔炼过程中采用高纯氩气保护；控制Mg-Ni-RE合金重 熔次数为3～5次，以保证合金成分均匀，得到Mg-Ni-RE合金基体材料铸锭；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg-Ni-RE合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用研磨方法， 将Mg-Ni-RE合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg-Ni-RE合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg-Ni-RE合金基体材料粉体装入密闭反应器，进行洗气操作后， 向密闭反应器通入氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为2～3MPa，让Mg-Ni-RE合金基体材 料粉体在氢气氛围下在250～350℃下保温2～3小时，然后再保持温度并抽真空1～2小时；
d.反复进行所述步骤c的工艺过程至少1次，得到含弥散分布REHx颗粒的Mg-Ni-RE合金粉末，即得到目标镁基纳米复合储氢材料。优选反复进行所述步骤c的工艺过程2～3次， 得到含弥散分布REHx颗粒的Mg-Ni-RE合金粉末。
作为一种本发明优选的技术方案，目标制备的Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Y合金材料， 其中YH2颗粒尺寸不大于50nm，并弥散分布于镁颗粒内部及表面，形成催化相弥散分布的 Mg-Ni-Y合金材料；作为另一种本发明优选的技术方案，目标制备的Mg-Ni-RE合金材料为 Mg-Ni-Gd合金材料，其中GdH2颗粒尺寸不大于50nm，并弥散分布于镁颗粒内部及表面， 形成催化相弥散分布的Mg-Ni-Gd合金材料；作为还有一种本发明优选的技术方案，目标制 备的Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Er合金材料，其中ErH2颗粒尺寸不大于50nm，并弥散分 布于镁颗粒内部及表面，形成催化相弥散分布的Mg-Ni-Er合金材料；
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明利用LPSO结构物相制备含弥散分布稀土氢化物REHx(RE＝Y,Gd,Er)的镁基纳 米复合储氢材料的方法，本发明方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得 储氢材料应同时具备较高的储氢容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命；
2.本发明方法工序简单、稳定，仅包括合金熔炼、机械破碎、氢诱导分解三步，且氢诱 导分解能与后续服役直接衔接；
3.本发明利用氢诱导分解长程堆垛有序结构制备镁基纳米复合储氢材料，制备的Mg-Ni- RE纳米复合储氢材料在300℃下最大吸氢量达3.3～5.8wt.％，循环寿命长达620次以上。
4.本发明制备的Mg-Ni-RE体系纳米复合储氢粉末中REHx颗粒弥散分布于Mg颗粒内 部及表面，充分发挥了Mg-Ni-RE合金粉体的微观尺寸效应，Mg-Ni-RE体系纳米复合储氢粉 末吸氢速率快，显著改善了现有镁基储氢材料的吸放氢动力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例一Mg86Ni7Y7合金粉末的XRD图谱。
图2为本发明实施例一Mg86Ni7Y7合金粉末显微组织的SEM照片。
图3为本发明实施例一Mg-Ni-Y纳米复合储氢合金粉末脱氢后的XRD图谱。
图4为本发明实施例一Mg-Ni-Y纳米复合储氢合金粉末的SEM照片。
图5为本发明实施例一Mg-Ni-Y纳米复合储氢合金粉末的循环寿命测试结果。
图6为本发明实施例一Mg-Ni-Y纳米复合储氢合金粉末的吸氢动力学曲线。
图7为经620次吸放氢循环后的本发明实施例一Mg-Ni-Y纳米复合储氢合金粉末的SEM 照片。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料为Mg-Ni-Y合金粉末，其 粉体粒度小于50目，并且在粉体颗粒内部和表面含有弥散分布形式的YH2颗粒，且YH2颗 粒的尺寸小于50nm。Mg-Ni-Y合金基体材料的成分按原子数百分比为86％的Mg、7％的Ni和7％的Y，该Mg-Ni-Y合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的18R型和10H 型，且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Y合金基体材料总重量的88.8wt.％，其余为Mg相、 Mg2Ni相及MgNi4Y相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Y合金基体材料熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Y合金基体材料的成 分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg86Ni7Y7的合金成分作为预先制备合金材料进 行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以及纯 度为99.9wt.％的Y块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Y-Ni二元中间合金，再按配比逐 步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Y合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损量为5 wt.％；在Mg-Ni-Y合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为5次，得到Mg-Ni-Y 合金基体材料铸锭；经ICP分析，Mg-Ni-Y合金基体铸锭为合金成分为Mg86.1Ni7.1Y6.8的合金 材料；参见图1，经XRD分析及Rietveld方法精修，Mg86.1Ni7.1Y6.8合金基体铸锭的物相组成 为：88.8wt.％的18R型及10H型的LPSO物相，其余为1.2wt.％的Mg相、6.4wt.％的Mg2Ni 相及3.6wt.％的MgNi4Y相；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg86Ni7Y7合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用手工研磨 的方法，将Mg86Ni7Y7合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg86Ni7Y7合金基体材料粉体；Mg86Ni7Y7合金基体材料粉体的颗粒形貌及显微组织的SEM照片如图2(a)和图2(b) 所示；从图2(a)可以看出Mg86Ni7Y7合金基体材料粉体尺寸为300μm；从图2(b)可以看出合金中含大量18R型LPSO物相，其中分布有MgNi4Y颗粒及Mg+Mg2Ni共晶组织；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg86Ni7Y7合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气进 行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至300℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重复3 次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温2小 时，使Mg86Ni7Y7合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气，然 后再保持温度并抽真空1小时，获得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米复合 储氢材料。
参见图3，本实施例所得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末物相组成为：55.6wt.％的Mg相、 23.1wt.％的Mg2Ni相和21.3wt.％的YH2相。本实施例所得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末微观 形貌照片如图4所示，YH2颗粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例一制备Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸氢 初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。循环寿命测试结果如图5所示。Mg-Ni-Y纳米复合 储氢粉末在40次循环时达到最大储氢量5.2wt.％，620次循环后仍保有4.3wt.％的储氢量。 所得储氢粉末在第40次及第620次循环时的吸氢动力学曲线如图6所示。第40次循环时， 在初始的60s内可吸收单次最大储氢量的95％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最 大储氢量的85％。经620次循环后，Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小 于50nm的YH2颗粒弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，如图7所示，使Mg-Ni-Y纳米 复合储氢粉末仍然能够实现长循环寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例一利用氢诱导分解长程堆垛有序结构制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散 分布的镁基纳米复合储氢材料。该方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制 得储氢材料应同时具备较高的储氢容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种Mg-Ni-Y合金基体材料的成分按原子数百分比为75％的Mg、14％ 的Ni和11％的Y，该Mg-Ni-Y合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的10H型， 且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Y合金基体材料总重量的80.0wt.％，其余为MgNi2Y2相及MgNi4Y相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Y合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Y合金基体材料的成 分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg75N14Y11的合金成分作为预先制备合金材料进 行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以及纯 度为99.9wt.％的Y块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Y-Ni二元中间合金，再按配比逐 步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Y合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损量为5 wt.％；在Mg-Ni-Y合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为3次，得到Mg-Ni-Y 合金基体材料铸锭；Mg75Ni14Y11合金基体铸锭的物相组成为：80.0wt.％的10H型的LPSO物 相，其余为8.9wt.％的MgNi2Y2相、11.1wt.％的MgNi4Y相；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg75Ni14Y11合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用采用手工 研磨的方法，将Mg75Ni14Y11合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg75Ni14Y11合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg75Ni14Y11合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气进 行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至250℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重复3 次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温3小 时，使Mg75Ni14Y11合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气，然 后再保持温度并抽真空2小时，获得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米复合 储氢材料。
本实施例所得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末物相组成为：31.3wt.％的Mg相、41.2wt.％的 Mg2Ni相和27.5wt.％的YH2相。本实施例所得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末中的弥散YH2颗 粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例二制备Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸氢 初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末在40次循环时达到储氢 量4.4wt.％，620次循环后仍保有3.7wt.％的储氢量。第40次循环时，在初始的60s内可吸 收单次最大储氢量的95％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最大储氢量的85％。经 620次循环后，Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小于50nm的YH2颗粒 弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，使Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末仍然能够实现长循环 寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例二利用氢诱导分解长程堆垛有序结构 制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料。该 方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得储氢材料应同时具备较高的储氢 容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种Mg-Ni-Y合金基体材料的成分按原子数百分比为88％的Mg、7％ 的Ni和5％的Y，该Mg-Ni-Y合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的14H型和18R型，且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Y合金基体材料总重量的88.4wt.％，其余为Mg2Ni相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Y合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Y合金基体材料的成 分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg88Ni7Y5的合金成分作为预先制备合金材料进 行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以及纯 度为99.9wt.％的Y块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Y-Ni二元中间合金，再按配比逐 步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Y合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损量为5 wt.％；在Mg-Ni-Y合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为3次，得到Mg-Ni-Y 合金基体铸锭；Mg88Ni7Y5合金基体铸锭的物相组成为88.4wt.％的14H型和18R型LPSO物 相、11.6wt.％的Mg2Ni相。
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg88Ni7Y5合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用采用手工 研磨的方法，将Mg88Ni7Y5合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg88Ni7Y5合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg88Ni7Y5合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气进 行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至350℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重复3 次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温3小 时，使Mg88Ni7Y5合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气，然 后再保持温度并抽真空2小时，获得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米复合 储氢材料。
本实施例所得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末物相组成为：59.8wt.％的Mg相、15.2wt.％的 Mg2Ni相和25.0wt.％的YH2相。本实施例所得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末中的弥散YH2颗 粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例三制备Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸氢 初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末在40次循环时达到储氢 量5.8wt.％，620次循环后仍保有4.8wt.％的储氢量。第40次循环时，在初始的60s内可吸 收单次最大储氢量的90％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最大储氢量的80％。经 620次循环后，Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小于50nm的YH2颗粒 弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，使Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末仍然能够实现长循环 寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例三利用氢诱导分解长程堆垛有序结构 制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料。该 方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得储氢材料应同时具备较高的储氢 容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种Mg-Ni-Y合金基体材料的成分按原子数百分比为88％的Mg、7％ 的Ni和5％的Y，该Mg-Ni-Y合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的18R型和10H型，且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Y合金基体材料总重量的63.2wt.％，其余为Mg2Y相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Y合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Y合金基体材料的成 分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg81Ni4Y15的合金成分作为预先制备合金材料进 行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以及纯 度为99.9wt.％的Y块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Y-Ni二元中间合金，再按配比逐 步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Y合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损量为 5wt.％；在Mg-Ni-Y合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为3次，得到Mg-Ni-Y合金基体材料铸锭；Mg81Ni4Y15合金基体材料铸锭的物相组成为：63.2wt.％的18R型及10H型的LPSO物相，其余为36.8wt.％的Mg2Y相。
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg81Ni4Y15合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用采用手工 研磨的方法，将Mg81Ni4Y15合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg81Ni4Y15合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg81Ni4Y15合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气进 行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至350℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重复3 次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温3小 时，使Mg81Ni4Y15合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气，然 后再保持温度并抽真空2小时，获得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米复合 储氢材料。
本实施例所得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末物相组成为：49.6wt.％的Mg相、12.0wt.％的 Mg2Ni相和38.4wt.％的YH2相。本实施例所得Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末中的弥散YH2颗 粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例四制备Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸氢 初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末在40次循环时达到储氢 量4.9wt.％，620次循环后仍保有4.1wt.％的储氢量。第40次循环时，在初始的60s内可吸 收单次最大储氢量的90％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最大储氢量的85％。经 620次循环后，Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小于50nm的YH2颗粒 弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，使Mg-Ni-Y纳米复合储氢粉末仍然能够实现长循环 寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例四利用氢诱导分解长程堆垛有序结构 制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料。该 方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得储氢材料应同时具备较高的储氢 容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
综合上述实施例一～四，上述实施例方法工序简单、稳定，仅包括合金熔炼、机械破碎、 氢诱导分解三步，且氢诱导分解能与后续服役直接衔接。上述实施例方法制备的Mg-Ni-Y体 系纳米复合储氢粉末中YH2颗粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。上述 实施例方法制备的Mg-Ni-Y体系纳米复合储氢粉末吸氢速率快，300℃时合金在初始的1min 内吸收最大储氢量的80％以上。上述实施例方法制备的Mg-Ni-Y体系纳米复合储氢粉末循环 寿命长。按照当前吸放氢容量降至最大吸放氢容量的80％的标准，上述实施例方法制备的 Mg-Ni-Y体系纳米复合储氢粉末在300℃下循环寿命达620次以上。
实施例五：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种Mg-Ni-Gd合金基体材料的成分按原子数百分比为75％的Mg、14％ 的Ni和11％的Gd，该Mg-Ni-Gd合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的10H型，且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Gd合金基体材料总重量的78.5wt.％，其余为MgNi2Gd2相及MgNi4Gd相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Gd合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Gd合金基体材料的 成分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg75Ni14Gd11的合金成分作为预先制备合金材 料进行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以 及纯度为99.9wt.％的Gd块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Gd-Ni二元中间合金，再按 配比逐步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Gd合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损 量为5wt.％；在Mg-Ni-Gd合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为3次， 得到Mg-Ni-Gd合金基体材料铸锭；Mg75Ni14Gd11合金基体材料铸锭的物相组成为78.5wt.％的 10H型的LPSO物相，其余为10.4wt.％的MgNi2Gd2相、11.1wt.％的MgNi4Gd相；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg75Ni14Gd11合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用采用手 工研磨的方法，将Mg75Ni14Gd11合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg75Ni14Gd11合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg75Ni14Gd11合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气 进行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至250℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重 复3次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温3小 时，使Mg75Ni14Gd11合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气， 然后再保持温度并抽真空2小时，获得Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米 复合储氢材料。
本实施例所得Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末物相组成为：22.2wt.％的Mg相、32.6wt.％ 的Mg2Ni相和45.2wt.％的GdH2相。本实施例所得Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末中的弥散GdH2颗粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例五制备Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸 氢初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末在40次循环时达到储氢量3.3wt.％，620次循环后仍保有2.7wt.％的储氢量。第40次循环时，在初始的60s内可吸收单次最大储氢量的95％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最大储氢量的85％。经620次循环后，Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小于50nm的GdH2颗粒弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，使Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末仍然能够实现 长循环寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例五利用氢诱导分解长程堆垛有序结构制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材 料。该方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得储氢材料应同时具备较高 的储氢容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
实施例六：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种Mg-Ni-Gd合金基体材料的成分按原子数百分比为88％的Mg、7％ 的Ni和5％的Gd，该Mg-Ni-Gd合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的14H型和18R型，且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Gd合金基体材料总重量的89.6wt.％，其余 为Mg2Ni相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Gd合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Gd合金基体材料的 成分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg88Ni7Gd5的合金成分作为预先制备合金材料 进行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以及 纯度为99.9wt.％的Gd块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Gd-Ni二元中间合金，再按配 比逐步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Gd合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损量 为5wt.％；在Mg-Ni-Gd合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为3次，得 到Mg-Ni-Gd合金基体材料铸锭；Mg88Ni7Gd5合金基体材料铸锭的物相组成为：89.6wt.％的 14H型及18R型的LPSO物相，其余为10.4wt.％的Mg2Ni相；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg88Ni7Gd5合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用采用手工 研磨的方法，将Mg88Ni7Gd5合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg88Ni7Gd5合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg88Ni7Gd5合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气进 行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至350℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重复3 次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温3小 时，使Mg88Ni7Gd5合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气，然 后再保持温度并抽真空2小时，获得Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米复 合储氢材料。
本实施例所得Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末物相组成为：53.7wt.％的Mg相、22.5wt.％ 的Mg2Ni相和23.8wt.％的GdH2相。本实施例所得Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末中的弥散GdH2颗粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例六制备Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸氢 初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末在40次循环时达到储 氢量5.4wt.％，620次循环后仍保有4.5wt.％的储氢量。第40次循环时，在初始的60s内可 吸收单次最大储氢量的90％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最大储氢量的80％。 经620次循环后，Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小于50nm的GdH2颗粒弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，使Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末仍然能够实现 长循环寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例六利用氢诱导分解长程堆垛有 序结构制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材 料。该方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得储氢材料应同时具备较高 的储氢容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
实施例七：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种Mg-Ni-Gd合金基体材料的成分按原子数百分比为81％的Mg、4％ 的Ni和15％的Gd，该Mg-Ni-Gd合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的18R型和10H型，且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Gd合金基体材料总重量的56.9wt.％，其余Mg2Gd相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Gd合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Gd合金基体材料的 成分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg81Ni4Gd15的合金成分作为预先制备合金材 料进行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以 及纯度为99.9wt.％的Gd块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Gd-Ni二元中间合金，再按 配比逐步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Gd合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损 量为5wt.％；在Mg-Ni-Gd合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为3次，得到Mg-Ni-Gd合金基体材料铸锭；Mg81Ni4Gd15合金基体材料铸锭的物相组成为：56.9wt.％的18R型及10H型的LPSO物相，其余为43.1％Mg2Gd相；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg81Ni4Gd15合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用采用手工 研磨的方法，将Mg81Ni4Gd15合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg81Ni4Gd15合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg81Ni4Gd15合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气 进行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至350℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重 复3次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温3小 时，使Mg81Ni4Gd15合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气， 然后再保持温度并抽真空2小时，获得Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米 复合储氢材料。
本实施例所得Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末物相组成为：38.7wt.％的Mg相、9.3wt.％的 GH2相和52.0wt.％的GdH2相。本实施例所得Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末中的弥散GdH2颗粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例七制备Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸氢 初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末在40次循环时达到储 氢量3.8wt.％，620次循环后仍保有3.2wt.％的储氢量。第40次循环时，在初始的60s内可 吸收单次最大储氢量的95％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最大储氢量的85％。 经620次循环后，Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小于50nm的GdH2颗粒弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，使Mg-Ni-Gd纳米复合储氢粉末仍然能够实现 长循环寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例七利用氢诱导分解长程堆垛有 序结构制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材 料。该方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得储氢材料应同时具备较高 的储氢容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
实施例八：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种Mg-Ni-Er合金基体材料的成分按原子数百分比为75％的Mg、14％ 的Ni和11％的Er，该Mg-Ni-Er合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的18R型 和10H型，且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Er合金基体材料总重量的78.4wt.％，其余为MgNi2Er2相及MgNi4Er相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Er合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Er合金基体材料的 成分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg75Ni15Er14的合金成分作为预先制备合金材 料进行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以 及纯度为99.9wt.％的Er块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Er-Ni二元中间合金，再按配 比逐步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Er合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损量 为5wt.％；在Mg-Ni-Er合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为3次，得到 Mg-Ni-Er合金基体材料铸锭；Mg75Ni14Er11合金基体材料铸锭的物相组成为：78.4wt.％的10H 型的LPSO物相，其余为10.6wt.％的MgNi2Er2相、11.0wt.％的MgNi4Er相；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg75Ni14Er11合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用采用手 工研磨的方法，将Mg75Ni14Er11合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg75Ni14Er11合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg75Ni14Er11合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气 进行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至250℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重 复3次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温3小 时，使Mg75Ni14Er11合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气， 然后再保持温度并抽真空2小时，获得Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米复 合储氢材料。
本实施例所得Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末物相组成为：21.6wt.％的Mg相、37.7wt.％的 Mg2Ni相和46.7wt.％的ErH2相。本实施例所得Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末中的弥散ErH2颗粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例八制备Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸氢 初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末在40次循环时达到储氢 量3.3wt.％，620次循环后仍保有2.7wt.％的储氢量。第40次循环时，在初始的60s内可吸 收单次最大储氢量的95％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最大储氢量的85％。经 620次循环后，Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小于50nm的ErH2颗 粒弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，使Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末仍然能够实现长循 环寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例八利用氢诱导分解长程堆垛有序结 构制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料。 该方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得储氢材料应同时具备较高的储 氢容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
实施例九：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种Mg-Ni-Er合金基体材料的成分按原子数百分比为88％的Mg、7％ 的Ni和5％的Er，该Mg-Ni-Er合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的14H型和18R型，且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Er合金基体材料总重量的89.8wt.％，其余为Mg2Ni相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Er合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Er合金基体材料的 成分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg88Ni7Er5的合金成分作为预先制备合金材料 进行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以及 纯度为99.9wt.％的Er块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Er-Ni二元中间合金，再按配比 逐步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Er合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损量为 5wt.％；在Mg-Ni-Er合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为3次，得到 Mg-Ni-Er合金基体材料铸锭；Mg88Ni7Er5合金基体材料铸锭的物相组成为：89.8wt.％的14H 型及18R型的LPSO物相，其余为10.2wt.％的Mg2Ni相；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg88Ni7Er5合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用采用手工 研磨的方法，将Mg88Ni7Er5合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg88Ni7Er5合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg88Ni7Er5合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气进 行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至350℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重复3 次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温3小 时，使Mg88Ni7Er5合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气，然 后再保持温度并抽真空2小时，获得Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米复合 储氢材料。
本实施例所得Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末物相组成为：53.0wt.％的Mg相、22.1wt.％的 Mg2Ni相和24.9wt.％的ErH2相。本实施例所得Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末中的弥散ErH2颗粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例九制备Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸氢 初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末在40次循环时达到储氢 量5.3wt.％，620次循环后仍保有4.4wt.％的储氢量。第40次循环时，在初始的60s内可吸 收单次最大储氢量的90％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最大储氢量的80％。经 620次循环后，Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小于50nm的ErH2颗 粒弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，使Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末仍然能够实现长循 环寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例九利用氢诱导分解长程堆垛有序结 构制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料。 该方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得储氢材料应同时具备较高的储 氢容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
实施例十：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种Mg-Ni-Er合金基体材料的成分按原子数百分比为81％的Mg、4％ 的Ni和15％的Er，该Mg-Ni-Er合金基体材料含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的18R型和14H型，且LPSO物相的总相分数为Mg-Ni-Er合金基体材料总重量的56.2wt.％，其余 为Mg2Er相。
一种本实施例催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-Er合金基体熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-Er合金基体材料的 成分元素化学比计算成分配比，选取化学式为Mg81Ni4Er15的合金成分作为预先制备合金材料 进行原料配比初步装备，根据这一成分配比，称取纯度为99.99wt.％的Mg块和Ni块，以及 纯度为99.9wt.％的Er块，通过悬浮感应熔炼的方式，先熔炼Er-Ni二元中间合金，再按配比 逐步加入Mg块熔炼，至目标制备的Mg-Ni-Er合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损量为 5wt.％；在Mg-Ni-Er合金熔炼过程中，采用高纯氩气保护，并控制重熔次数为3次，得到 Mg-Ni-Er合金基体材料铸锭；Mg81Ni4Er15合金基体材料铸锭的物相组成为：56.2wt.％的18R 型及10H型的LPSO物相，其余为43.8wt.％的Mg2Er相；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg81Ni4Er15合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用采用手工 研磨的方法，将Mg81Ni4Er15合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg81Ni4Er15合 金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg81Ni4Er15合金基体材料粉体装入不锈钢密闭反应器，用氩气进 行3次洗气操作，之后在氩气保护下升温至350℃，排尽氩气后，依次进行如下操作并重复3 次：
向不锈钢密闭反应器内加载氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为3MPa，然后保温3小 时，使Mg81Ni4Er15合金基体材料粉体在氢气条件下发生氢诱导分解反应，然后排尽氢气，然 后再保持温度并抽真空2小时，获得Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末，即得到目标镁基纳米复合 储氢材料。
本实施例所得Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末物相组成为：37.4wt.％的Mg相、9.0wt.％的 Mg2Ni相和53.6wt.％的ErH2相。本实施例所得Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末中的弥散ErH2颗粒尺寸小于50nm，且弥散分布于Mg颗粒内部及表面。
实验测试分析：
对实施例十制备Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末进行循环吸放氢测试，温度为300℃，吸氢 初始压力为3MPa，放氢在真空中进行。Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末在40次循环时达到储氢 量3.7wt.％，620次循环后仍保有3.1wt.％的储氢量。第40次循环时，在初始的60s内可吸 收单次最大储氢量的95％；第620次循环时，仍可在60s内吸收单次最大储氢量的85％。经 620次循环后，Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末中仍然存在大量粒度尺寸小于50nm的ErH2颗 粒弥散分布于Mg颗粒内部及表面的结构，使Mg-Ni-Er纳米复合储氢粉末仍然能够实现长循 环寿命，突出表现为材料的循环稳定性好的特性。实施例十利用氢诱导分解长程堆垛有序结 构制备镁基纳米复合储氢材料的方法，得到一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料。 该方法应具备工艺流程简单、稳定、成本低等优点，且所制得储氢材料应同时具备较高的储 氢容量、较快的吸放氢速率和较长的循环寿命。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本 发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改 变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要 不背离本发明催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法的技术原理和发明构 思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料，其特征在于：为含有弥散分布形式的REHx颗粒的Mg-Ni-RE合金材料，其Mg-Ni-RE合金基体材料的成分按原子数百分比为75～88％的Mg、4～14％的Ni和5～15％的RE，其中RE为Y、Gd和Er中的任意一种稀土金属元素或者任意几种混合的稀土金属元素。
2.根据权利要求1所述催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料，其特征在于：为粉体粒度不大于50目的Mg-Ni-RE合金粉末，并且在Mg-Ni-RE合金材料粉末颗粒内部和表面还含有弥散分布形式的REHx颗粒，且REHx颗粒的尺寸不小于50nm。
3.根据权利要求1所述催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料，其特征在于：Mg-Ni-RE合金基体材料中含有长程堆垛有序结构LPSO物相中的任意一种LPSO物相或者任意几种混合的LPSO物相，长程堆垛有序结构LPSO物相的总相分数大于Mg-Ni-RE合金基体材料总重量的50wt.％。
4.根据权利要求3所述催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料，其特征在于：Mg-Ni-RE合金基体材料中除了长程堆垛有序结构LPSO物相外，还含有Mg相、Mg2Ni相、Mg2RE相、MgNi2RE2相和MgNi4RE相中的任意一种物相或者任意几种混合物相。
5.根据权利要求3所述催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料，其特征在于：Mg-Ni-RE合金基体材料的长程堆垛有序结构LPSO物相主要包括14H型、18R型和10H型。
6.根据权利要求3所述催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料，其特征在于：Mg-Ni-RE合金基体材料为Mg-Ni-Y合金，含14H、18R型或10H型LPSO物相，且LPSO物相的总相分数不低于Mg-Ni-Y合金基体材料总重量的60wt.％；或者Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Gd合金，含14H、18R型或10H型LPSO物相，且LPSO物相的总相分数不低于Mg-Ni-Gd合金基体材料总重量的50wt.％；或者Mg-Ni-RE合金基体材料为Mg-Ni-Er合金，含14H、18R型或10H型LPSO物相，且LPSO物相的总相分数不低于Mg-Ni-Er合金基体材料总重量的50wt.％。
7.根据权利要求6所述催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料，其特征在于：Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Y合金材料，其中YH2颗粒尺寸不大于50nm，并弥散分布于镁颗粒内部及表面，形成催化相弥散分布的Mg-Ni-Y合金材料。
8.一种权利要求1所述催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.Mg-Ni-RE合金基体材料熔炼工艺过程：
按照目标制备的催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的Mg-Ni-RE合金基体材料的成分元素化学比计算成分配比，称取Mg块、Ni块和RE块；采用感应熔炼炉，首先熔炼Ni-RE二元合金，再按配比逐步加入Mg块，至目标制备的Mg-Ni-RE合金基体材料质量，然后补加Mg的烧损量为5～10wt.％；在整个熔炼过程中采用高纯氩气保护；控制Mg-Ni-RE合金重熔次数为3～5次，得到Mg-Ni-RE合金基体铸锭；
b.机械研磨粉碎过程：
将经过所述步骤a得到的Mg-Ni-RE合金基体材料的表面除去氧化皮后，采用研磨方法，将Mg-Ni-RE合金基体材料研磨成合金粉末，过50目筛，得到Mg-Ni-RE合金基体材料粉体；
c.氢诱导分解工艺过程：
将在所述步骤b中所得Mg-Ni-RE合金基体材料粉体装入密闭反应器，进行洗气操作后，然后向密闭反应器通入氢气，直至密闭反应器中的氢气压力为2～3MPa，使Mg-Ni-RE合金基体材料粉体在氢氢气氛围下在250～350℃下保温2～3小时，然后再保持温度并抽真空1～2小时；
d.反复进行所述步骤c的工艺过程至少1次，得到含弥散分布REHx颗粒的Mg-Ni-RE合金粉末，即得到目标镁基纳米复合储氢材料。
9.根据权利要求8所述催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤d中，反复进行所述步骤c的工艺过程2～3次，得到含弥散分布REHx颗粒的Mg-Ni-RE合金粉末。
10.根据权利要求8所述催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤d中，目标制备的Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Y合金材料，其中YH2颗粒的粒径尺寸小于50nm，并弥散分布于镁颗粒内部及表面，形成催化相弥散分布的Mg-Ni-Y合金材料；在所述步骤d中，目标制备的Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Gd合金材料，其中GdH2颗粒的粒径尺寸不大于50nm，并弥散分布于镁颗粒内部及表面，形成催化相弥散分布的Mg-Ni-Gd合金材料；在所述步骤d中，目标制备的Mg-Ni-RE合金材料为Mg-Ni-Er合金材料，其中ErH2颗粒的粒径尺寸不大于50nm，并弥散分布于镁颗粒内部及表面，形成催化相弥散分布的Mg-Ni-Er合金材料。
CN201710511045.9A 2017-06-29 2017-06-29 催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法 Pending CN107345282A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710511045.9A CN107345282A (zh) 2017-06-29 2017-06-29 催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710511045.9A CN107345282A (zh) 2017-06-29 2017-06-29 催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107345282A true CN107345282A (zh) 2017-11-14

Family

ID=60257220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710511045.9A Pending CN107345282A (zh) 2017-06-29 2017-06-29 催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107345282A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109175349A (zh) * 2018-10-15 2019-01-11 微山钢研稀土材料有限公司 一种高性能双稀土固溶体基贮氢材料及其制备方法
CN110257651A (zh) * 2019-07-12 2019-09-20 陕西科技大学 一种具有多相共晶组织的Mg-Ni-Y储氢合金及其制备方法
CN112479161A (zh) * 2020-11-30 2021-03-12 安徽工业大学 一种镁-钴氢化物的合成方法
CN113528917A (zh) * 2021-07-27 2021-10-22 重庆大学 一种具有长周期相的高强度镁合金及其制备方法
CN113881880A (zh) * 2020-07-02 2022-01-04 卜文刚 一种掺杂氟化物的高容量Gd-Mg-Ni基复合储氢材料及其制备方法
CN114229797A (zh) * 2022-01-17 2022-03-25 重庆大学 一种基于含LPSO第二相的Mg-Ni-Y合金水解制氢的方法
CN116103552A (zh) * 2022-09-07 2023-05-12 中南大学 一种挤压型Mg-Ni-Gd系镁基储氢功能材料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102337438A (zh) * 2011-09-26 2012-02-01 华南理工大学 一种具有长周期结构的镁基储氢合金及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102337438A (zh) * 2011-09-26 2012-02-01 华南理工大学 一种具有长周期结构的镁基储氢合金及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DEZHAO QIN 等: "Effect of long period stacking ordered structure on the damping capacities of Mg–Ni–Y alloys", 《MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING A》 *
J.W.LIU等: "Facilitating de/hydrogenation by long-period stacking ordered structure in Mg based alloys", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 *
MIN JIANG等: "Phase equilibria of the long-period stacking ordered phase in the Mg-Ni-Y system", 《INTERMETALLICS》 *
SIARHEI KALINICHENKA等: "Structural and hydrogen storage properties of melt-spun Mg-Ni-Y alloys", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109175349A (zh) * 2018-10-15 2019-01-11 微山钢研稀土材料有限公司 一种高性能双稀土固溶体基贮氢材料及其制备方法
CN110257651A (zh) * 2019-07-12 2019-09-20 陕西科技大学 一种具有多相共晶组织的Mg-Ni-Y储氢合金及其制备方法
CN113881880A (zh) * 2020-07-02 2022-01-04 卜文刚 一种掺杂氟化物的高容量Gd-Mg-Ni基复合储氢材料及其制备方法
CN112479161A (zh) * 2020-11-30 2021-03-12 安徽工业大学 一种镁-钴氢化物的合成方法
CN112479161B (zh) * 2020-11-30 2022-07-12 安徽工业大学 一种镁-钴氢化物的合成方法
CN113528917A (zh) * 2021-07-27 2021-10-22 重庆大学 一种具有长周期相的高强度镁合金及其制备方法
CN114229797A (zh) * 2022-01-17 2022-03-25 重庆大学 一种基于含LPSO第二相的Mg-Ni-Y合金水解制氢的方法
CN114229797B (zh) * 2022-01-17 2024-01-12 重庆大学 一种基于含LPSO第二相的Mg-Ni-Y合金水解制氢的方法
CN116103552A (zh) * 2022-09-07 2023-05-12 中南大学 一种挤压型Mg-Ni-Gd系镁基储氢功能材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107345282A (zh) 催化相弥散分布的镁基纳米复合储氢材料及其制备方法
Luo et al. Kinetics in Mg-based hydrogen storage materials: Enhancement and mechanism
Fu et al. Effect of in-situ formed Mg2Ni/Mg2NiH4 compounds on hydrogen storage performance of MgH2
Hou et al. Review on hydrogen storage performance of MgH2: development and trends
Wang et al. Hydrogenation characteristics of Mg–TiO2 (rutile) composite
CN103526141B (zh) 一种镁基储氢材料及其制备方法
CN105734323B (zh) 一种纳米镁基可逆储氢复合材料及其制备方法
CN100391589C (zh) 镁-过渡金属氧化物复合储氢材料及其制备方法和应用
CN109972010B (zh) 一种纳米镁基复合储氢材料及制备方法
CN105584989B (zh) 一种非晶镁铝基复合储氢材料及其制备方法
Yang et al. Improvement of Mg‐Based Hydrogen Storage Materials by Metal Catalysts: Review and Summary
CN106756361B (zh) 一种纳米晶镁铝基贮氢材料及制备方法
Jiang et al. Hydrogen storage properties of LaMg4Cu
Itam Sulaiman et al. An investigation on the addition of SrTiO3 to the hydrogen storage properties of the 4MgH2‐Li3AlH6 composite
CN103183314A (zh) 一种泡沫状结构的复合储氢材料及其制备方法
CN109175349A (zh) 一种高性能双稀土固溶体基贮氢材料及其制备方法
CN1397658A (zh) 非晶态稀土－镁基储氢合金及其制造方法
Xiao et al. The hydrogen storage properties and microstructure of Ti-doped sodium aluminum hydride prepared by ball-milling
CN107760947A (zh) Mg‑Al‑Ni系储氢颗粒及其催化改性制备方法
CN104445070A (zh) 一种含镍和稀土金属氢化物纳米粒子的镁基双金属氢化物的制备方法
CN102212721A (zh) 一种镁镍基储氢材料及制备方法
CN101623627B (zh) 改善Li-Mg-N-H体系储氢材料放氢动力学的催化剂及其使用方法
JP2004204309A (ja) 水素吸蔵材料及びその製造方法
Abbas et al. Influence of severe plastic deformation and some additives on hydrogenation of ZK60 alloy
CN101412495B (zh) 铝氢化钠和稀土-镍基合金复合储氢材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171114

RJ01 Rejection of invention patent application after publication