专利名称：一种碱土金属-铝氢化物及其制备方法
技术领域：
本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种碱土金属 一铝氢化物及其制备方法。
技术背景-能源危机和环境污染是人类进入21世纪面临的最严峻的考验，在研究和开发的太阳能、 核能、风能、生物质能和氢能等新能源体系中，氢能被认为是人类未来理想的二次能源。在 整个氢能系统中，氢的储存是氢能应用的关键，也是目前限制氢燃料电池汽车商业化的主要 技术难点之一。与低温液态和高压气态储氢相比，利用储氢材料进行固态储氢对于发展氢燃 料电池汽车来说，不仅可以提供安全高效的车载供氢系统，而且可以显著降低氢气燃料的成 本。但现有实用性能良好的储氢材料的有效储氢密度较低，无法满足当前氢燃料电池汽车的 应用要求，新型轻质储氢材料的研发是解决上述问题的关键。其中，含铝的络合物储氢材料 (碱金属一铝氢化物或碱土金属一铝氢化物)具有很好的发展前景。碱土金属一铝氢化物Sr2AlH7发现于2002年，是一种新型的含铝储氢材料。目甜，Sr2AlH7 主要通过对Zintl相合金SrAl2进行氢化处理而获得，这种制备方法的主要不足在于SrAl2的氢化 产物是Sr2AlH7和Al的混合物，多余A1的存在降低了材料的储氢容量。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种碱土金属一铝氢化物(Sr^Ca》2AlH7及其制备方法。本发明所提供的碱土金属—铝氢化物，其化学组成为(Sn《Ca,)2A旧7，其中0《x《0.5。该 碱土金属一铝氢化物(Sr^Ca》2AlH7的制备方法具体如下(1) 采用高频感应熔炼法将Sr、 Ca和Al原料按照(Sr^Ca》2Al，其中0《;c《0.5的配比关 系，制备成(Sr^Ca》2Al合金，并将所制备的合金锭粉碎成粒度小于100目的合金粉；上述 (Sri_xCaJ2Al合金熔炼时，Sr和Ca的烧损分别控制在1 ~ 2%和4 ~ 6%范围，并采用氩气作为 保护气氛，其压力为1 1.5atm;(2) 在氢气气氛下，采用高能球磨机对上述步骤(l)中的(S^Ca》2Al合金粉进行机械球磨 处理，制得由(Sr, Ca)H2和Al组成的均相混合粉末；球磨时，采用行星式球磨机，球料比为 10:1 20:1，转速为200 300 rpm，球磨时间为10 20小时，氢气气氛的压力为5 10 atm;(3) 将上述步骤(2)中制得的混合粉末放入不锈钢反应器中，反应器抽真空后，通入5-10 MPa的氢气，并将所述混合粉末加热到240 ~ 280 °C后，进行氢化处理，氢化时间为2 ~ 4天，待氢化反应完全后将体系降至室温，排出氢气，即可获得所述的碱土金属一铝氢化物。 上述Sr、 Ca和Al原料采用小块状或片状金属单质，纯度不低于99 wt.%。 本发明具有以下优点(1) 本发明提供的氢化物(Sr^Ca》2AlH7是在Sr2AlH7的基础上，采用较轻的碱土金属元 素Ca取代Sr而形成的，可以有效提高Sr2AlH7的储氢容量。(2) 本发明提供的(SrkC^)2AlH7的制备方法可以避免多余Al的存在。(3) 与碱金属一铝氢化物(如NaAlH4)相比，本发明提供的制备方法以金属Sr、 Ca和 Al为原料，经过合金熔炼、球磨和氢化三步固态处理工艺而获得，制备工艺简单，安全可靠。
图l合金(Sro.9Cacu)2Al铸态、球磨后和氢化后的X射线衍射图谱。 图2合金(Sra7Caa3)2Al铸态、球磨后和氢化后的X射线衍射图谱。 其中图l (a)为合金(Sra9Ca(u)2Al铸态的X射线衍射图谱。图l (b)为合金(Snj.9Cacu)2Al球磨后的X射线衍射图谱。图l (c)为合金(Sr。.9Cao.i)2Al氢化后的X射线衍射图谱。图2 (a)为合金(Sra7Cao,3)2Al铸态的X射线衍射图谱。图2 (b)为合金(Sra7Cacu)2Al球磨后的X射线衍射图谱。图2 (c)为合金(Sro.7Cao3)2Al氢化后的X射线衍射图谱。
具体实施例方式实施例1:以市售的金属Sr块(粒度〈19mm，纯度99%)、 Ca粒(粒度<4 mm，纯度99%)和Al 片(纯度99.7%)为原料，采用高频感应熔炼法将Sr， Ca和Al按照(Sr。.9Cao.!)2Al配比，制 备成(Sro.9Cacu)2Al合金。熔炼时，采用1.5 atm的氩气作为保护气氛，Sr和Ca的烧损分别为 1%和5%，为保证成分均匀，合金熔炼两次。所得铸态合金的X射线衍射图谱如图l(a)所示， 可见，合金主要由(Sr，Ca)sAl7和(Sr,Ca)两相组成。在手套箱中，将合金锭粉碎成粒度小于100 目的合金粉，并装入不锈钢球磨罐中，在5 atm的氢气气氛下，采用行星式球磨机对其进行 高能球磨处理，球料比为1.0:1，转速为250 rpm，球磨时间为10小时，合金(Sro.9Cao.,)2Al球 磨后的X射线衍射图谱如图l(b)所示，可见，在球磨过程中，(Sr, Ca)sAl7和(Sr, Ca)与H2反 应生成了(Sr， Ca)H2和Al。将球磨后的产物装入不锈钢反应器中，反应器抽真空后，通入5 MPa 的氢气，并把样品升温至26(TC进行氢化处理，氢化时间为3天，然后将体系降至室温，排 出氢气，即可得到碱土金属一铝氢化物(Sro.9Cao.,)2AlH7 (如图l(c)所示)。实施例2以市售的金属Sr块(粒度〈19mm，纯度99%)、 Ca粒(粒度<4 mm，纯度99%)和Al 片(纯度99.7%)为原料，采用高频感应熔炼法将Sr， Ca和Al按照(Sro.7Cao.3)2Al配比，制 备成(Sro.7Cao.3)2Al合金。熔炼时，Sr和Ca的烧损分别为1%和5%，并采用1.5 atm的氩气作 为保护气氛，为保证成分均匀，合金熔炼两次。所得铸态合金的X射线衍射图谱如图2(a)所 示，可见，合金主要由(Sr,Ca)8Al7和(Sr,Ca)两相组成。在手套箱中，将合金锭粉碎成粒度小 于100目的合金粉，并装入不锈钢球磨罐中，在6atm的氢气气氛下，采用行星式球磨机对 其进行高能球磨处理，球料比为15:1，转速为250rpm，球磨时间为10小时，如图2(b)所示， 合金(Sro.7Cao.3)2Al在球磨过程中与H2反应生成了(Sr, Ca)H2和Al。将球磨后的产物装入不锈 钢反应器中，反应器抽真空后，通入5MPa的氢气，并把样品升温至28(TC进行氢化处理， 氢化时间为3天，然后将体系降至室温，排出氢气，即可得到碱土金属一铝氢化物 (Sr0.7Cao.3)2AlH7 (如图2(c)所示)。
权利要求
1、一种碱土金属-铝氢化物，其特征在于该碱土金属-铝氢化物的化学组成为(Sr1-xCax)2AlH7，其中0≤x≤0.5。
2、 一种权利要求1所述的碱土金属一铝氢化物的制备方法，其特征在于该 制备方法包括下述步骤(1) 采用高频感应熔炼法将Sr、 Ca和Al原料按照(Sr^C^)2Al，其中0《x 《0.5的配比关系，制备成(Sr^C^)2Al合金，并将所制备的合金锭粉碎成粒度小 于100目的合金粉；上述(Sr^Ca》2Al合金熔炼时，Sr和Ca的烧损分别控制在1 2%和4~6%范围，并采用氩气作为保护气氛，其压力为1 1.5atm;(2) 在氢气气氛下，采用高能球磨机对上述步骤(l)中的(Sr,《C )2Al合金粉 进行机械球磨处理，制得由(Sr,Ca)H2和Al组成的均相混合粉末；球磨时，采用 行星式球磨机，球料比为10:1 ~ 20:1，转速为200 300 rpm，球磨时间为10 20 小时，氢气气氛的压力为5 10atm;(3) 将上述步骤(2)中制得的混合粉末放入不锈钢反应器中，反应器抽真空 后，通入5-10MPa的氢气，并将所述混合粉末加热到240 280 。C后，进行氢 化处理，氢化时间为2 4天，待氢化反应完全后将体系降至室温，排出氢气， 即可获得所述的碱土金属一铝氢化物。
3、 根据权利要求2所述的碱土金属—铝氢化物的制备方法，其特征在于所 述的Sr、 Ca和Al原料采用小块状或片状金属单质，纯度不低于99 wt.%。
全文摘要
本发明提供一种碱土金属-铝氢化物及其制备方法，属于储氢材料技术领域。所提供的碱土金属-铝氢化物的化学组成为(Sr<sub>1-x</sub>Ca<sub>x</sub>)<sub>2</sub>AlH<sub>7</sub>，其中0≤x≤0.5。该碱土金属-铝氢化物通过合金熔炼-球磨-氢化三步法制备，制备方法主要如下以金属Sr、Ca和Al为原料，采用高频感应熔炼法制备(Sr<sub>1-x</sub>Ca<sub>x</sub>)<sub>2</sub>Al合金；将(Sr<sub>1-x</sub>Ca<sub>x</sub>)<sub>2</sub>Al合金在氢气气氛下进行高能反应球磨，获得成分均匀的(Sr，Ca)H<sub>2</sub>和Al的混合粉末；然后在氢气气氛下，将球磨得到的混合粉末加热至一定温度进行氢化处理制得所要碱土金属-铝氢化物。本发明所提供的碱土金属-铝氢化物具有可逆储氢特性和高的储氢容量，在氢的储存和输送以及燃料电池等方面具有广泛的应用前景。
文档编号C01B6/24GK101269794SQ20081002485
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月16日 优先权日2008年5月16日
发明者张庆安, 斯庭智, 柳东明 申请人:安徽工业大学