本发明涉及能源材料领域，具体涉及一种碳质镁基复合储氢材料及其制备方法。
背景技术：
：随着全球经济的迅猛发展，人们对能源的需求越来越大，而化石原料便显得日益紧缺，同时这些传统的化石燃料还会给环境带来很大的污染，产生温室效应等。为了解决使用能源与环境之间的这些矛盾，人们开始寻找新的可再生洁净能源，这对我国乃至整个世界的可持续发展都有着非常重要的意义。目前，世界各国正在开发利用多种新能源或非常规能源，包括太阳能、风能、水能、氢能、核能和生物能等。其中，氢能作为一种储量丰富、能量密度高的洁净能源，因其燃烧的产物只有水，基本能够实现温室气体以及污染物的零排放，因此，可将氢能作为多种能源转化的绿色能源及能源载体。但是，由于氢气易燃、易爆、易扩散，并且常温常压条件下的体积能量密度非常低，从而限制了氢能的实际应用，只有解决了氢气的储存问题才能在更长远的目标上发展氢能源，储氢技术已经成为氢能利用走向实用化和规模化的瓶颈。因此，研究开发储氢密度高、成本低、高效、可循环的储氢材料具有重要的现实意义。技术实现要素：要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种碳质镁基复合储氢材料，储氢密度高，储氢量大，初始放氢温度低，同时其活化能也低，放氢速率快，放氢动力学性能有所提高。技术方案：一种碳质镁基复合储氢材料，由以下成分以重量份制备而成：碳晶10-20份、氢化硼锂0.5-1份、镁粉20-40份、镍粉8-16份、铁粉2-5份、锆粉2-4份、镧粉0.2-0.4份、铈粉0.2-0.5份、纳米二氧化钛1-3份、三氧化二铁2-4份、三氟化钛1-2份、氧化钴1-2份。进一步优选的，所述的一种碳质镁基复合储氢材料，由以下成分以重量份制备而成：碳晶13-18份、氢化硼锂0.6-0.9份、镁粉25-35份、镍粉10-15份、铁粉3-4份、锆粉2.5-3.5份、镧粉0.25-0.35份、铈粉0.3-0.4份、纳米二氧化钛1.5-2.5份、三氧化二铁2.5-3.5份、三氟化钛1.2-1.8份、氧化钴1.3-1.7份。上述碳质镁基复合储氢材料的制备方法包括以下步骤：（1）将镁粉、镧粉和铈粉混合，加入真空感应炉中，在温度940-1000℃下进行熔炼10-30分钟；（2）冷却，粉碎后和锆粉、镍粉、铁粉混合，加入行星球磨机中进行机械球磨60-80分钟，转移至冷压模中进行压制，压强为500-550MPa，保压时间为3-4分钟；（3）在温度450-500℃和氩气保护下扩散烧结4-5小时；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氢化硼锂、纳米二氧化钛、三氧化二铁、三氟化钛和氧化钴，加入球磨机中，在1-2MPa氢气压强、转速250-300r/min下球磨3-5小时即得，其中，球料比为20:1-25:l。进一步的，所述的一种碳质镁基复合储氢材料的制备方法，所述的步骤（1）中温度为950-980℃，熔炼时间为20分钟。进一步的，所述的一种碳质镁基复合储氢材料的制备方法，所述的步骤（2）中球磨时间为65-75分钟，压强为520-540MPa，保压时间为3.5分钟。进一步的，所述的一种碳质镁基复合储氢材料的制备方法，所述的步骤（3）中温度为460-490℃，烧结时间为4.5小时。进一步的，所述的一种碳质镁基复合储氢材料的制备方法，所述的步骤（4）中转速为260-280r/min，球磨时间为4小时，球料比为22:1。有益效果：本发明的碳质镁基复合储氢材料的储氢密度可高达7.61wt%，储氢量较高，初始放氢温度最低可至208.9℃，同时其活化能也可低至108.24kJ/mol，放氢速率快，放氢动力学性能有所提高。具体实施方式实施例1一种碳质镁基复合储氢材料，由以下成分以重量份制备而成：碳晶10份、氢化硼锂0.5份、镁粉20份、镍粉8份、铁粉2份、锆粉2份、镧粉0.2份、铈粉0.2份、纳米二氧化钛1份、三氧化二铁2份、三氟化钛1份、氧化钴1份。上述碳质镁基复合储氢材料的制备方法为：（1）将镁粉、镧粉和铈粉混合，加入真空感应炉中，在温度940℃下进行熔炼10分钟；（2）冷却，粉碎后和锆粉、镍粉、铁粉混合，加入行星球磨机中进行机械球磨60分钟，转移至冷压模中进行压制，压强为500MPa，保压时间为3分钟；（3）在温度450℃和氩气保护下扩散烧结4小时；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氢化硼锂、纳米二氧化钛、三氧化二铁、三氟化钛和氧化钴，加入球磨机中，在1MPa氢气压强、转速250r/min下球磨3小时即得，其中，球料比为20:1。实施例2一种碳质镁基复合储氢材料，由以下成分以重量份制备而成：碳晶13份、氢化硼锂0.6份、镁粉25份、镍粉10份、铁粉3份、锆粉2.5份、镧粉0.25份、铈粉0.3份、纳米二氧化钛1.5份、三氧化二铁2.5份、三氟化钛1.2份、氧化钴1.3份。上述碳质镁基复合储氢材料的制备方法为：（1）将镁粉、镧粉和铈粉混合，加入真空感应炉中，在温度950℃下进行熔炼15分钟；（2）冷却，粉碎后和锆粉、镍粉、铁粉混合，加入行星球磨机中进行机械球磨65分钟，转移至冷压模中进行压制，压强为520MPa，保压时间为3.5分钟；（3）在温度460℃和氩气保护下扩散烧结4.5小时；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氢化硼锂、纳米二氧化钛、三氧化二铁、三氟化钛和氧化钴，加入球磨机中，在1MPa氢气压强、转速260r/min下球磨3.5小时即得，其中，球料比为21:1。实施例3一种碳质镁基复合储氢材料，由以下成分以重量份制备而成：碳晶15份、氢化硼锂0.75份、镁粉30份、镍粉12份、铁粉3.5份、锆粉3份、镧粉0.3份、铈粉0.35份、纳米二氧化钛2份、三氧化二铁3份、三氟化钛1.5份、氧化钴1.5份。上述碳质镁基复合储氢材料的制备方法为：（1）将镁粉、镧粉和铈粉混合，加入真空感应炉中，在温度970℃下进行熔炼20分钟；（2）冷却，粉碎后和锆粉、镍粉、铁粉混合，加入行星球磨机中进行机械球磨70分钟，转移至冷压模中进行压制，压强为525MPa，保压时间为3.5分钟；（3）在温度490℃和氩气保护下扩散烧结4.5小时；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氢化硼锂、纳米二氧化钛、三氧化二铁、三氟化钛和氧化钴，加入球磨机中，在1.5MPa氢气压强、转速275r/min下球磨4小时即得，其中，球料比为22:l。实施例4一种碳质镁基复合储氢材料，由以下成分以重量份制备而成：碳晶18份、氢化硼锂0.9份、镁粉35份、镍粉15份、铁粉4份、锆粉3.5份、镧粉0.35份、铈粉0.4份、纳米二氧化钛2.5份、三氧化二铁3.5份、三氟化钛1.8份、氧化钴1.7份。上述碳质镁基复合储氢材料的制备方法为：（1）将镁粉、镧粉和铈粉混合，加入真空感应炉中，在温度980℃下进行熔炼25分钟；（2）冷却，粉碎后和锆粉、镍粉、铁粉混合，加入行星球磨机中进行机械球磨75分钟，转移至冷压模中进行压制，压强为540MPa，保压时间为3.5分钟；（3）在温度490℃和氩气保护下扩散烧结4.5小时；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氢化硼锂、纳米二氧化钛、三氧化二铁、三氟化钛和氧化钴，加入球磨机中，在2MPa氢气压强、转速280r/min下球磨4.5小时即得，其中，球料比为24:l。实施例5一种碳质镁基复合储氢材料，由以下成分以重量份制备而成：碳晶20份、氢化硼锂1份、镁粉40份、镍粉16份、铁粉5份、锆粉4份、镧粉0.4份、铈粉0.5份、纳米二氧化钛3份、三氧化二铁4份、三氟化钛2份、氧化钴2份。上述碳质镁基复合储氢材料的制备方法为：（1）将镁粉、镧粉和铈粉混合，加入真空感应炉中，在温度1000℃下进行熔炼30分钟；（2）冷却，粉碎后和锆粉、镍粉、铁粉混合，加入行星球磨机中进行机械球磨80分钟，转移至冷压模中进行压制，压强为550MPa，保压时间为4分钟；（3）在温度500℃和氩气保护下扩散烧结5小时；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氢化硼锂、纳米二氧化钛、三氧化二铁、三氟化钛和氧化钴，加入球磨机中，在2MPa氢气压强、转速300r/min下球磨5小时即得，其中，球料比为25:l。对比例1本实施例与实施例1的区别在于不含有镧粉和铈粉。具体地说是：一种碳质镁基复合储氢材料，由以下成分以重量份制备而成：碳晶10份、氢化硼锂0.5份、镁粉20份、镍粉8份、铁粉2份、锆粉2份、纳米二氧化钛1份、三氧化二铁2份、三氟化钛1份、氧化钴1份。上述碳质镁基复合储氢材料的制备方法为：（1）将镁粉、锆粉、镍粉和铁粉混合，加入行星球磨机中进行机械球磨60分钟，转移至冷压模中进行压制，压强为500MPa，保压时间为3分钟；（3）在温度450℃和氩气保护下扩散烧结4小时；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氢化硼锂、纳米二氧化钛、三氧化二铁、三氟化钛和氧化钴，加入球磨机中，在1MPa氢气压强、转速250r/min下球磨3小时即得，其中，球料比为20:1。对比例2本实施例与实施例1的区别在于不含有纳米二氧化钛和三氧化二铁。具体地说是：一种碳质镁基复合储氢材料，由以下成分以重量份制备而成：碳晶10份、氢化硼锂0.5份、镁粉20份、镍粉8份、铁粉2份、锆粉2份、镧粉0.2份、铈粉0.2份、三氟化钛1份、氧化钴1份。上述碳质镁基复合储氢材料的制备方法为：（1）将镁粉、镧粉和铈粉混合，加入真空感应炉中，在温度940℃下进行熔炼10分钟；（2）冷却，粉碎后和锆粉、镍粉、铁粉混合，加入行星球磨机中进行机械球磨60分钟，转移至冷压模中进行压制，压强为500MPa，保压时间为3分钟；（3）在温度450℃和氩气保护下扩散烧结4小时；（4）粉碎至100目，加入碳晶、氢化硼锂、三氟化钛和氧化钴，加入球磨机中，在1MPa氢气压强、转速250r/min下球磨3小时即得，其中，球料比为20:1。本发明材料的部分性能指标见下表，我们可以看到本碳质镁基复合储氢材料的储氢密度可高达7.61wt%，初始放氢温度最低可至208.9℃，同时其活化能也可低至108.24kJ/mol，放氢速率快，放氢动力学性能有所提高。对比例1中不含有镧粉和铈粉，储氢密度明显下降，活化能也下降较为明显，说明这两种成分对于提高储氢密度和放氢动力学性能有较大的作用，对比例2中不含有纳米二氧化钛和三氧化二铁，储氢密度下降度比对比例1更明显，说明经过这两种物质对材料复合改性后，能明显提高本材料的储氢性能。表1碳质镁基复合储氢材料的部分性能指标产品名称储氢密度（wt%）初始放氢温度（℃）活化能（kJ/mol）实施例17.42209.4108.66实施例27.47209.3108.51实施例37.53209.1108.39实施例47.61208.9108.24实施例57.58209.2108.33对比例17.21213.4115.47对比例27.16212.5117.63当前第1页1 2 3