一种抗氧化的储氢合金粉末装料方法与流程

1.本发明涉及一种储氢合金粉末的装料方法，具体涉及一种防止储氢合金粉末装料过程中被氧化的方法，属于储氢技术领域。


背景技术：

2.氢气作为一种零二氧化碳排放的清洁燃料引起了人们浓厚的兴趣。但是，当前氢能源的应用还处于早期阶段，氢气与化石燃料一样都是易燃物质，不成熟的技术也引发公众对其潜在危险的担忧。此外，氢能应用和推广缓慢也与缺乏安全、有效地储存氢气的技术手段有关。
3.固体储氢材料以其高体积储氢密度以及较高的安全性得到广泛关注。但是，储氢合金粉末暴露在空气中极易被氧化，从而会导致储氢容量降低和储氢性能衰减。因此，储氢合金粉末需要在无氧的环境中处理并保存，这给储氢合金粉末的操作带来一定的困难。此外，目前现有的固态储氢罐体积较大，罐体和加料装置拆卸与安装困难，不便于使用。


技术实现要素：

4.针对现有技术中固体储氢材料在装料过程中存在的技术问题，本发明的目的是在于提供一种可在空气中对储氢罐进行装料并预备较好吸放氢动力学性能、储氢容量的储氢合金粉末装料方法，该装料方法简单，可控，有利于工业化生产。
5.为了实现上述技术目的，本发明提供了一种抗氧化的储氢合金粉末装料方法，该方法是在绝氧条件下，将储氢合金粉末与聚合物溶液共混，所得共混料于空气气氛下填装至储氢罐中后，抽真空干燥。
6.本发明技术方案在储氢合金粉末填装入储氢罐之前，预先对储氢合金粉末进行表面预处理，利用聚合物溶液对储氢合金粉末进行表面修饰，不但能够有效隔绝空气中的氧渗入而氧化储氢合金粉末，而且赋予其表面较好的抗氧化能力，从而使得储氢合金粉末可在空气中进行装料，免去罐体和加料装置拆卸与安装，同时经过聚合物溶液修饰的储氢合金粉末在装料过程中可降低扬尘，减少损失，特别是储氢合金粉末装入储氢罐后，对储氢罐进行抽真空脱除溶剂，修饰在储氢合金粉末表面的聚合物材料包覆层不但能够选择性透氢，不会影响储氢合金粉末的储氢性能，而且可以有效防止储氢合金粉末在吸放氢循环中因储氢合金粉末移动发生聚集而导致其储氢性能下降。综上所述，本发明提供的抗氧化的储氢合金粉末装料方法对储氢合金的应用具有重要的意义。
7.作为一个优选的方案，所述储氢合金粉末为镁基储氢合金粉末(如mg2ni合金粉)、钒基储氢合金粉末、钛系储氢合金粉末(如v80ti20合金粉)、锆系储氢合金粉末(如zrni合金粉)、稀土系储氢合金粉末(如lani5合金粉)中至少一种。这些储氢合金粉末都是现有技术中常见的储氢合金材料，都适应于本发明提供的装料方法。
8.作为一个优选的方案，所述储氢合金粉末为粒径小于1mm的不规则颗粒。
9.作为一个优选的方案，所述聚合物溶液的质量百分比浓度为0.5％～10％。聚合物
溶液浓度过稀则难以在储氢合金粉末表面形成连续均匀的膜层，而浓度过高则会在储氢合金粉末形成局部过厚的膜层，影响其氢气透过性能。
10.作为一个优选的方案，所述聚合物溶液中的聚合物为醋酸纤维(ca)、聚丙烯腈(pan)、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺(pi)、聚醚酰亚胺(pei)、聚丁二烯(pb)和聚氯乙烯(pvc)中至少一种。优选的聚合物本身稳定性好，具有一定的抗氧化性，同时其能够在储氢合金粉末表面形成均匀的包覆层，且对氢气具有较高的选择性和透过性。进一步优选为聚丁二烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈中至少一种。
11.作为一个优选的方案，所述聚合物溶液中的溶剂为四氢呋喃、乙醇、丙酮、二甲基亚砜、二甲基亚酰胺、环己烷中至少一种。优选的溶剂对选择的聚合物溶解性较好，同时对固体储氢材料的润湿性能较好，从而有利于聚合物在固体储氢材料表面均匀包覆。
12.作为一个优选的方案，储氢合金粉末与聚合物溶液中聚合物的质量百分比组成为：95～99.95％:0.05％～5％。进一步优选的方案，储氢合金粉末与聚合物溶液中聚合物的质量百分比组成为：98～99.91％:0.09％～2％。聚合物含量过低则难以在储氢合金粉末表面形成连续均匀的膜层，而含量过高则会在储氢合金粉末形成局部过厚的膜层，影响其氢气透过性能。
13.相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：
14.本发明技术方案对储氢合金粉末进行特殊的预处理，不但能够实现其在空气环境中填装，而且不影响其储氢性能，以达到简化填装工艺，降低成本的目的。本发明利用聚合物溶液对储氢合金粉末进行表面修饰，能够有效隔绝空气中的氧渗入而氧化储氢合金粉末，同时赋予了其表面较好的抗氧化能力，从而可以储氢合金粉末在空气中进行装料，免去罐体和加料装置拆卸与安装，同时经过聚合物溶液修饰的储氢合金粉末在装料过程中可降低扬尘，减少损失，特别是储氢合金粉末装入储氢罐后，对储氢罐进行抽真空脱除溶剂，修饰在储氢合金粉末表面的聚合物材料包覆层不但能够选择性透氢，不会影响储氢合金粉末的储氢性能，而且可以有效防止储氢合金粉末在吸放氢循环中因储氢合金粉末移动发生聚集而导致其储氢性能下降。综上所述，本发明的储氢合金粉末装料方法简单，可在空气中进行装料，降低装料操作难度，有利于大规模生产。
附图说明
15.图1为实施例2中的lani
5-pb体系吸氢动力学曲线。
16.图2为实施例2中的lani
5-pb体系放氢动力学曲线。
具体实施方式
17.下面结合实施例对本发明内容作进一步的详细说明，而本发明权利要求的保护范围不受实施例限制。
18.以下实施例中，lani5合金吸氢条件：30℃，10bar氢压，放氢条件：30℃，真空。timn2合金吸氢条件：5℃，60bar氢压，放氢条件：30℃，真空。mg2ni合金吸氢条件：250℃，15bar氢压，放氢条件：250℃，真空。mg合金吸氢条件：250℃，40bar氢压，放氢条件：250℃，真空。
19.实施例1
20.1.在常温下将4.5gpvc加入500ml thf中，磁力搅拌待pvc完全溶解，制备得到pvc
溶液。
21.2.在氩气氛围下，取500ml pvc溶液和5kglani5粉末(-60目)加入混料机中充分混合，使溶液完全润湿所有粉末。
22.3.混合结束后将湿粉于空气中直接装入固态储氢罐中。
23.4.将固态储氢罐抽真空12h，完全干燥溶剂thf即可，溶剂可回收。
24.5.由此方法装料的lani
5-pvc材料储氢性能保持较好，吸氢量可达1.21wt.％，放氢量可达1.10wt.％，而未溶液处理的lani5合金粉末直接在空气装料后几乎不发生吸氢。
25.实施例2
26.1.在常温下将8.5gpb加入100ml thf中，磁力搅拌待pb完全溶解，制备得到pb溶液。
27.2.在氩气氛围下，取100mlpb溶液和1kglani5粉末(-60目)加入混料机中充分混合，使溶液完全润湿所有粉末。
28.3.混合结束后将湿粉于空气中直接装入固态储氢罐中。
29.4.将固态储氢罐抽真空12h，完全干燥溶剂thf即可，溶剂可回收。
30.5.由此方法装料的lani
5-pb吸放氢动力学曲线由图1、2所示，包覆pb后，lani5的储氢性能保持较好，吸氢量为1.23wt.％，放氢量为1.21wt.％，而未溶液处理的lani5合金粉末直接在空气中装料的储氢性能损失较多。
31.实施例3
32.1.在常温下将0.8967g pb加入100ml thf中，磁力搅拌待pb完全溶解，制备得到pb溶液。
33.2.在氩气氛围下，取100mlpb溶液和640gtimn2粉末(-60目)加入混料机中充分混合，使溶液完全润湿所有粉末。
34.3.混合结束后将湿粉于空气中直接装入固态储氢罐中。
35.4.将固态储氢罐抽真空12h，完全干燥溶剂thf即可，溶剂可回收。
36.5.由此方法装料的timn
2-pb材料储氢性能保持较好，吸氢量可达1.20wt.％，放氢量可达1.10wt.％，而未溶液处理的timn2合金粉末直接在空气装料后几乎不发生吸氢。
37.实施例4
38.1.在100℃下将2gpb加入50ml二甲基亚酰胺中，磁力搅拌待pb完全溶解，制备得到pb溶液。
39.2.在氩气氛围下，取50ml pb溶液和1kgmgh2粉末(-300目)中，充分搅拌，使溶液完全润湿所有粉末。
40.3.混合结束后将湿粉于空气中直接装入固态储氢罐中。
41.4.将固态储氢罐抽真空12h，完全干燥溶剂二甲基亚酰胺即可，溶剂可回收。
42.5.由此方法装料的mgh
2-pb材料储氢性能保持较好，吸氢量可达4.2wt.％，放氢量可达3.0wt.％，而未溶液处理的mgh2合金粉末直接在空气装料后几乎不发生吸氢。
43.实施例5
44.1.在常温下将1gpb加入100ml二甲基亚砜中，磁力搅拌待聚丙烯腈完全溶解，制备得到pb溶液。
45.2.在氩气氛围下，取50mlpb溶液和1kgmg2ni粉末(-100目)中放入混料机中混合均
匀，使溶液完全润湿所有粉末。
46.3.混合结束后将湿粉于空气中直接装入固态储氢罐中。
47.4.将固态储氢罐抽真空12h，完全干燥溶剂二甲基亚砜即可，溶剂可回收。
48.5.由此方法装料的mg2ni-pb材料储氢性能保持较好，吸氢量可达2.2wt.％，放氢量可达1.9wt.％，而未溶液处理的mg2ni合金粉末直接在空气装料后几乎不发生吸氢。
49.实施例6
50.1.在常温下将0.8gpb加入100ml二甲基亚砜中，磁力搅拌待聚丙烯腈完全溶解，制备得到pb溶液。
51.2.在氩气氛围下，取25ml pb溶液和500gmg2ni粉末(-100目)中放入混料机中混合均匀，使溶液完全润湿所有粉末。
52.3.混合结束后将湿粉于空气中直接装入固态储氢罐中。
53.4.将固态储氢罐抽真空12h，完全干燥溶剂二甲基亚砜即可，溶剂可回收。
54.5.由此方法装料的mg2ni-pb材料储氢性能保持较好，吸氢量可达2.4wt.％，放氢量可达2.1wt.％，而未溶液处理的mg2ni合金粉末直接在空气装料后几乎不发生吸氢。