专利名称：一种具有贮氢功能的正二十面体钛基准晶材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于具有贮氢功能的准晶材料，特别涉及了一种热力学稳定和易于生产的Ti-Zr-Ni-Cu单一正二十面体准晶材料及其制备方法。
背景技术：
准晶合金具有特殊对称结构，易与氢反应的对称晶面和有利于氢在晶胞内部扩散的晶体结构，准晶合金作为极具发展潜力的贮氢合金之一被人们重视；美国专利006030724号公开了题为“贮氢合金及其用于碱性二次电池”的专利，该专利采用正二十面体的Mg-Ca-Zn和Mg-Al-Zn系等准晶合金，充-放氢循环500次，其准晶结构仍没有被破坏，并且保持了重量百分比为3.5％的贮氢量，该贮氢合金可用作Ni-MH电池的负极材料。0.5C循环820次，该贮氢合金的电化学容量仍然保持320mAh/g，超过目前Ni-MH电池普遍使用的LaNi5贮氢合金粉；但是，该发明不足之处在于准晶材料的构成元素选择基本在元素周期表的1、2、3、4主族和1、2、3、8副族，尽管权项中保护的很宽，实质上选择的主体构成元素基本上是Mg、Ca、Zn、Al这些易氧化的活泼元素，为实际生产和应用带来困难。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种Ti-Zr-Ni-Cu单一正二十面体准晶材料，该材料热力学稳定，易于生产，同时具有优良的贮氢功能。
本发明提供了一种具有贮氢功能的Ti-Zr-Ni-Cu单一正二十面体准晶材料，其特征在于该合金材料由单一的正二十面体准晶相组成，合金成分为Ti100-x-y-zZrxNiyCuz，其中10＜x＜45，5＜y＜20，1＜z＜10。
本发明另一目的还提供了上述Ti-Zr-Ni-Cu单一正二十面体准晶材料的制备方法，其特征在于按合金成分通式要求的计量，选用100目化学纯的Ti、Zr、Ni、Cu粉，装入高能球磨机的球磨罐，球料比为20∶1，在氩气保护下球磨100～200小时，将球磨后的的合金粉封入石英管中，在1×10-3Pa下进行热处理，热处理温度为480～650℃，时间为0.5～6小时。
本发明优点在于该材料准晶形成能力强，形成的准晶材料为单一正二十面体构造，且热力学稳定，具有优良的吸氢性能和高的电化学放电容量。本发明的具有储氢功能的准晶材料，可以作为储氢材料和电池负极材料；本发明的方法工艺简单、可操作性强，易于产业化。
图1为实施例1的x-射线衍射(XRD)结果，图1也是说明书摘要附图；图2为实施例1的5次对称电子衍射图；图3为实施例1的吸氢动力学曲线；图4为实施例1的电化学放电曲线；图5为实施例2的XRD结果；图6为实施例4的XRD结果。
具体实施例方式实施例1按成分Ti45Zr35Ni17Cu3，选用100目化学纯的Ti、Zr、Ni、Cu粉，装入高能球磨机的球磨罐，球料比为20∶1，在氩气保护下，球磨200小时，将球磨后的合金粉封入石英管中，在1×10-3Pa下进行热处理，温度为580℃，时间为0.5小时，将获得的合金粉用XRD和电子衍射分析，结果如图1和图2，表明合金为单一的正二十面体准晶结构。然后测定物理贮氢量和吸氢性能，250℃时，20分钟吸氢的质量百分数达到1.6mass％，吸氢动力学曲线如图3；同时在负限制的MH-Ni实验电池测定其电化学吸-放氢性能，70℃时一次循环达到最大放电容量702mAh/g，放电曲线如图4所示。荷电实验在70℃±1℃下进行，荷电保持率QH按照公式QH＝Cb/0.5(Ca+Cc)计算，其中Ca为荷电前的末次放电容量，Cb为荷电后开机首次放电容量，Cc为荷电后开机第二次正常充、放电时的放电容量，荷电时间为72小时，QH为95％。
实施例2成分为Ti65Ni30Zr10Cu5，球磨150小时，在580℃下热处理1小时。其余同实施例1。合金的XRD结果如图5，表明为单一的正二十面体准晶结构。250℃时，20分钟吸氢的质量百分数达到1.8mass％。50℃时一次循环达到最大放电容量512mAh/g，荷电实验在50℃±1℃下进行，QH为93％。
实施例3成分为Ti50Ni30Zr10Cu10，球磨100小时，在530℃下热处理3小时。其余同实施例1。合金为单一的正二十面体准晶结构。250℃时，20分钟吸氢的质量百分数达到1.4mass％。30℃时一次循环达到最大放电容量376mAh/g。荷电实验在30℃±1℃下进行，QH为98％。
实施例4成分为Ti55Ni30Zr20Cu5，球磨150小时，在605℃下热处理4.5小时。其余同实施例1。合金的XRD结果如图5，表明为单一的正二十面体准晶结构。250℃时，20分钟吸氢的质量百分数达到1.7mass％。50℃时一次循环达到最大放电容量498mAh/g，荷电实验在50℃±1℃下进行，QH为92％。
实施例5成分为Ti40Zr40Ni15Cu5，球磨130小时，在480℃下热处理5小时。其余同实施例1。合金为单一的正二十面体准晶结构。250℃时，20分钟吸氢的质量百分数达到1.9mass％。70℃时一次循环达到最大放电容量654mAh/g。荷电实验在70℃±1℃下进行，QH为91％。
权利要求
1.一种具有贮氢功能的Ti-Zr-Ni-Cu单一正二十面体准晶材料，其特征在于该合金为单一的正二十面体准晶材料，其成分为Ti100-x-y-zZrxNiyCuz，其中10＜x＜45，5＜y＜20，1＜z＜10。
2.一种权利要求1所述Ti-Zr-Ni-Cu单一正二十面体准晶材料的制备方法。按准晶材料成分通式要求的计量，选用100目化学纯的Ti、Zr、Ni、Cu粉，装入高能球磨机的球磨罐，球料比为20∶1，在氩气保护下球磨100～200小时，球磨后的合金粉封入石英管中，在1×10-3Pa下进行热处理，热处理温度为480～630℃，时间为0.5～6小时。
全文摘要
本发明提供了一种具有贮氢功能的单一正二十面体准晶材料。其成分为Ti
文档编号B01J20/02GK1709564SQ20051001671
公开日2005年12月21日 申请日期2005年4月18日 优先权日2005年4月18日
发明者王立民, 刘宝忠, 吴耀明, 彭秋明 申请人:中国科学院长春应用化学研究所