專利名稱：一種鎂銦固溶體及其制備方法
技術領域：
本發明涉及儲氫材料，尤其涉及一種鎂銦固溶體及其制備方法。
背景技術：
目前所研究開發的儲氫材料，普遍存在的問題是具有很高的熱力學穩定性，因而 放氫溫度高；另一方面是，動力學性能差，特別是放氫動力學。這兩方面的缺點嚴重阻礙了 儲氫材料的實際應用。現有開發的儲氫材料中，鎂由于具有高的理論儲氫量，良好的循環性能，以及鎂資 源豐富等優點，廣泛地吸引了人們的興趣，被認為是最有發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，最關鍵的一點就是降低其氫化物的熱力學穩定性。在過去的研究中，為了提高鎂的動力學性能，采用了添加催化劑、與其它化合物復 合和獲得納米晶結構等方法，并取得了良好的結果，特別對鎂的吸氫動力學有了顯著的改 善。然而在熱力學去穩定方面，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穩定的化合物，從而達到對鎂氫 化物的去穩定作用，如添加Si元素，這種方法雖然降低了鎂氫化物的熱力學穩定性，但由 于在脫氫過程中形成的Mg2Si過于穩定，導致該反應不可逆。因此，尋找一種方法既能達到 對鎂氫化物去穩定作用，又能保持良好的循環性能是鎂儲氫材料發展的關鍵。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種鎂銦固溶體及其制 備方法，使鎂的吸放氫反應路徑發生改變，從而達到減少鎂的吸放氫焓變、降低鎂氫化物熱 力學上穩定性的效果，同時具有良好的可逆性，解決了現有技術中的不可逆或者可逆性差 的問題。本發明的目的通過下述方案實現一種鎂銦固溶體，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處理；(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯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；燒結溫度約300°C 600°C ；燒結時間約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 冷或采暖設備材料等。本發明與現有技術相比，優點及效果在于a、本發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 溶體在吸放氫反應中的相變調制鎂的氫化和脫氫反應焓，從而達到對鎂氫化物的去穩定作 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性能；b、具體地說，本發明的方法所制得的鎂銦固溶體，在保持了鎂的晶體結構不發生 改變情況下，使得鎂的單胞體積減小；在吸氫反應過程中，固溶體發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，利用反應過程中的相變實現了對鎂吸放 氫反應焓的調制。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構，這種納 米結構的鎂具有明顯優于傳統粗晶鎂的吸放氫動力學行為；c、步驟(3)中通氬氣保護，避免鎂的氧化，燒結溫度300 600°C使Mg-In之間發 生擴散反應，避免銦由于比重大而導致偏析；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 構，有利于氫的擴散進行；綜上所述，本發明保持了鎂的晶體結構不發生改變，繼承了鎂的優良儲氫性能；本 發明可逆性好，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；本發明制備 工藝簡單，有效節約了經濟成本；本發明降低了放氫溫度的同時，也提高了脫氫反應速率。
圖1是本發明初始粉末(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是本發明Mg、In在不同溫度下的循環PCI曲線。圖5是本發明添加不同量的In對Mg吸放氫焓變的影響。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細說明，但本發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3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯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3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯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3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯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3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯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6個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯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5個小時，保護氣壓為1個大氣壓。
(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯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10個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯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3個小時，保護氣壓為1個大氣壓。(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯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明較佳的實施方式，但本發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明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
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 氣保護進行燒結處理；(4)經步驟(3)燒結處理過的生坯C破碎后，再在氬氣氛下球磨得到鎂銦固溶體。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求2所述的鎂銦固溶體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)燒結溫度 為 300°C 600"C。
6.根據權利要求2所述的鎂銦固溶體的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)燒結時間 為3小時 10小時。
7.根據權利要求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.根據權利要求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處理，燒結處理過的生坯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，使鎂的吸放氫反應路徑發生改變，從而達到減少鎂的吸放氫焓變、降低鎂氫化物(MgH2)熱力學上穩定性的效果，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 優先權日2010年10月26日
發明者曾美琴, 朱敏, 歐陽柳章, 王輝, 鐘海長 申請人:華南理工大學