一種鎂基氫化物複合儲熱材料的製作方法

2023-08-09 14:00:01

本發明涉及一種鎂基氫化物複合儲熱材料，屬於金屬氫化物儲熱材料領域。

背景技術：

金屬氫化物材料具有儲氫和儲熱雙重功能，在氫化反應的同時將釋放大量的熱，相比傳統熔融鹽儲熱材料200～400kJ/kg蓄熱量，其吸放氫反應熱可達2MJ/kg以上，因此，金屬氫化物儲熱材料可廣泛應用於太陽能光熱發電、工業餘熱利用、製冷制熱等領域。在金屬氫化物材料中，鎂基氫化物的反應熱焓密度居於前列，且鎂礦產資源十分豐富，價格低廉，因此鎂基氫化物在規模儲熱應用方面具有顯著優勢。然而，由於充放氫速度和導熱性能較差，傳統的鎂基氫化物材料在儲熱方面的應用受到了限制，而氫化物在高溫下的晶粒長大問題也影響到了其使用壽命。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種儲熱密度高、吸氫量大、吸氫速度快、高溫穩定性好的鎂基氫化物複合儲熱材料。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種鎂基氫化物複合儲熱材料，由鎂基氫化物儲熱介質和催化添加劑組成，其中，所述催化添加劑包括吸放氫催化劑和高溫穩定添加劑。

其中，所述鎂基氫化物儲熱介質為MgH2、Mg2NiH4和La2Mg17H17中的至少一種。所述吸放氫催化劑為La-Ni合金、Ni-Y合金、Ti-Mn合金、Pd和Nb2O5中的至少一種。所述高溫穩定添加劑為TiH2、V2O5、Nb2O5、WO3和Ni-Y合金中的至少一種。

優選地，所述鎂基氫化物儲熱介質的質量分數為75％-90％，所述催化添加劑質量分數為10％-25％。

優選地，所述催化添加劑中吸放氫催化劑和高溫穩定添加劑的質量比為1∶3-3∶1。

優選地，所述催化添加劑中吸放氫催化劑和高溫穩定添加劑的質量比為1∶1。

本發明的優點在於：

本發明的鎂基氫化物複合儲熱材料具有儲熱密度高、吸氫量大、吸氫速度快、高溫穩定性好等特點。

附圖說明

圖1為實施例1的鎂基氫化物複合儲熱材料的吸氫性能曲線。

圖2為實施例1的鎂基氫化物複合儲熱材料的高溫使用壽命曲線。

圖3為實施例2的鎂基氫化物複合儲熱材料的吸氫性能曲線。

圖4為實施例2的鎂基氫化物複合儲熱材料的高溫使用壽命曲線。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明，但本發明的實施方式不限於此。

經研究，鎂基氫化物儲熱材料必須在多相摻雜催化和納米尺度晶粒條件下才具有良好的氫化性能。其中，將儲氫合金、過渡金屬氧化物、貴金屬等材料作為催化劑引入，可以顯著提高儲熱材料的吸放氫速度，某些金屬氫化物和氧化物具有高溫穩定性，將其引入可以阻止鎂基氫化物在高溫下的晶粒長大問題。因此，本發明在總結現有技術的基礎上，向鎂基氫化物中引入催化添加劑，有效解決了鎂基氫化物的充放氫速度和使用壽命問題。

本發明提供的鎂基氫化物複合儲熱材料，由鎂基氫化物儲熱介質和催化添加劑組成。

其中，鎂基氫化物儲熱介質為MgH2、Mg2NiH4、La2Mg17H17中的一種或幾種。催化添加劑包括吸放氫催化劑和高溫穩定添加劑。根據文獻報導和實驗數據，La-Ni合金、Ni-Y合金、Ti-Mn合金、Pd、Nb2O5等材料能夠顯著提高鎂基氫化物複合儲熱材料的吸放氫速度，從而提高其吸放熱速度，TiH2、V2O5、Nb2O5、WO3、Ni-Y合金等具有高溫穩定性，可以阻止鎂基氫化物在高溫下的晶粒長大問題，顯著改善鎂基氫化物的高溫使用壽命。

所述鎂基氫化物複合儲熱材料中，鎂基氫化物儲熱介質的質量分數處於75％-90％之間，催化添加劑的質量分數處於10％-25％之間。根據實驗，鎂基氫化物儲熱介質的質量分數大於75％可保證材料的儲熱密度大於2MJ/kg，催化添加劑的總質量處於10％-25％之間可有效提高所述鎂基氫化物複合儲熱材料的充放氫速度。

所述鎂基氫化物複合儲熱材料中，所述催化添加劑中吸放氫催化劑和高溫穩定添加劑的質量比在1∶3-3∶1之間。優選地，所述催化添加劑中吸放氫催化劑和高溫穩定添加劑的質量比為1∶1時可獲得較為平衡的吸放氫速度和高溫壽命。

根據性能測試，這種鎂基氫化物複合儲熱材料的儲氫容量可達到6wt.％以上，在2分鐘內吸氫量可達額定吸氫量的90％以上，在400℃高溫下循環充放氫後的儲氫容量衰減率在10％以內。

實施例1

以Mg、Ni-Y合金為原料，經氫化反應製成儲熱材料，其中Mg的質量分數為80％，Ni-Y合金的質量分數為20％。圖1表明，材料的儲氫量為6.01wt％。在2分鐘內吸氫量可達額定吸氫量的95％。圖2表明，材料在400℃高溫下循環充放氫後的儲氫容量衰減率為8％。

實施例2

以Mg、La-Ni合金、TiH2為原料，經氫化反應製成儲熱材料，其中Mg的質量分數為80％，La-Ni合金的質量分數為15％，TiH2的質量分數為5％。圖3表明，材料的儲氫量為6.4wt％。在2分鐘內吸氫量可達額定吸氫量的94％。圖4表明，材料在400℃高溫下循環充放氫後的儲氫容量衰減率為2.1％。

實施例3

以Mg、Nb2O5為原料，經氫化反應製成儲熱材料，其中Mg的質量分數為75％，Nb2O5的質量分數為25％。實驗表明，材料的儲氫量為5.61wt％。在2分鐘內吸氫量可達額定吸氫量的96％，材料在400℃高溫下循環充放氫後的儲氫容量衰減率為8.5％。

實施例4

以Mg、LaNi5、TiH2為原料，經氫化反應製成儲熱材料，其中Mg的質量分數為90％，LaNi5的質量分數為5％，TiH2的質量高分數為5％。實驗表明，材料的儲氫量為6.74wt％。在2分鐘內吸氫量可達額定吸氫量的91％，材料在400℃高溫下循環充放氫後的儲氫容量衰減率為3.6％。