專利名稱：用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備儲氫合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬功能材料和二次電池領(lǐng)域，特別是提供了一種用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備儲氫合金的方法。
背景技術(shù)：
隨著人口的增長和人類物質(zhì)、文化水平的普遍提高，人們對能源的需求也在急速地增加，然而化石原料的儲量是有限的，且是不可再生的，更重要的是對環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，因此傳統(tǒng)的能源戰(zhàn)略受到嚴(yán)峻的考驗，為此各國政府大力開發(fā)清潔的新型能源，以緩解日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)，保護(hù)生存條件。
氫能因是環(huán)保型能源而備受人們的青睞，但氫的儲存是氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，在目前研究的各種儲存手段中，金屬氫化物被視為最有前景的存儲手段之一。
目前研究的金屬氫化物有AB5、AB2、A2B型等。AB5型(以LaNi5為代表)儲氫合金的容量達(dá)到300-320mAh/g，但難以得到進(jìn)一步提高，從長遠(yuǎn)的角度來看并不能滿足未來工業(yè)化的需求；AB2(以ZrV2為代表)型的儲氫合金的活化性能比較差，與工業(yè)化要求相差甚遠(yuǎn)；而A2B型(以Mg2Ni為代表)儲氫合金具有高的吸氫能力，但放氫能力較差(一般在200-300℃才能進(jìn)行)。因此開發(fā)研究新型儲氫合金已是一種趨勢。近年來研究發(fā)現(xiàn)的AB3型(La-Mg-Ni型)合金就具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，高的容量及成本低廉等優(yōu)點。
現(xiàn)在國內(nèi)外制備AB3型(La-Mg-Ni型)的方法主要是快淬法、熔煉法(冷坩堝磁懸浮熔煉、真空感應(yīng)熔煉)、普通燒結(jié)法以及機(jī)械合金化法。Tony Spassov等(J.Alloys and Compounds 334(2002)，219-223)用快淬法生產(chǎn)了Mg-Ni-RE(RE＝Y(jié) or Mm)合金。但該方法并沒有解決Mg基合金所存在的循環(huán)穩(wěn)定性差的主要問題；中國00123177.4號發(fā)明專利申請用感應(yīng)熔煉法制備Mm1-x-y-zLaxPryNdzNiaCobMnAldMe合金，其中Mm為混合稀土金屬；中國200510033055.3號發(fā)明專利申請了用普通燒結(jié)法制備REMg3型貯氫合金；中國94113952.2號專利申請了用機(jī)械合金化法制備鎂基貯氫合金電極。熔煉法制備儲氫合金時操作困難，可重復(fù)性不好；普通燒結(jié)法和機(jī)械合金化法制備儲氫合金是耗費時間長，而且難以大批量生產(chǎn)。
基于改善上述不足，我們采用了放電等離子燒結(jié)法(Spark Plasma Sintering，簡稱SPS)。
SPS技術(shù)是一種利用直流脈沖電流通電燒結(jié)的加壓燒結(jié)方法(裝置示意圖如附錄中所示)。其基本原理是通過對電極通入直流脈沖電流瞬時產(chǎn)生的放電等離子使燒結(jié)體內(nèi)部各個顆粒均勻的自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化，在加壓的同時實現(xiàn)燒結(jié)。此技術(shù)具有以下特點(1)燒結(jié)溫度低，一般比普通燒結(jié)溫度低100-200℃；(2)燒結(jié)保溫時間短，只需3-10min，僅為普通燒結(jié)的1/100；(3)可獲得細(xì)小、均勻的組織；(4)能獲得高致密度材料；(5)可以制造瓦形、薄壁環(huán)等異形及大尺寸工件。該方法操作簡單，可實現(xiàn)數(shù)控操作，而且升溫速度快，耗費時間短。
實驗結(jié)果表明，用SPS法制備儲氫合金與熔煉法相比，具有的優(yōu)點是1、實驗的可重復(fù)性強(qiáng)、易操作，耗時短；2、在電化學(xué)測試過程中容量衰減程度上，SPS法制備的合金要比熔煉的衰減程度??；3、在PCT曲線上SPS法制備的合金的放氫平臺要比熔煉的寬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備儲氫合金的方法，將放電等離子燒結(jié)技術(shù)應(yīng)用于儲氫合金的制備，通過系統(tǒng)深入的研究制備工藝參數(shù)與合金性能之間的關(guān)系，獲得最佳的工藝參數(shù)，得到性能良好的稀土系儲氫合金。制備方法包括以下步驟將LaNi3、Ni、Mg、Co粉按儲氫合金LaxMg1-xNiyCoz(0.6≤x≤0.7，2.5≤y≤2.8，0.4≤z≤0.6)中各元素的配比配料、混勻，然后裝入石墨模具中進(jìn)行壓型；再在真空中進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)工藝制度為加熱速度為50-150℃/min，燒結(jié)溫度為300℃-1000℃，加壓5-30MPa，保溫時間3-15min，然后隨爐冷卻至室溫。
本發(fā)明的優(yōu)點在于制得的儲氫合金的循環(huán)穩(wěn)定性好(壽命長)，活化性能良好；可實現(xiàn)數(shù)控操作，重復(fù)性良好。


圖1為本發(fā)明所用的放電等離子燒結(jié)技術(shù)專用設(shè)備其中，上電極1、下電極2、上壓頭3、下壓頭4、模具5、樣品6、熱電偶7、電源8。
具體實施例方式
例制備La0.7Mg0.3Ni2.5Co0.5合金將LaNi3、Ni、Mg、Co粉按La0.7Mg0.3Ni2.5Co0.5合金所需的化學(xué)劑量稱取、混勻，然后將粉末裝入SPS模具進(jìn)行壓型，再在真空中進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)工藝制度為加熱速度為100℃/min，燒結(jié)溫度為540℃、600℃、700℃、750℃、800℃、850℃，加壓20MPa，保溫時間10min，然后爐冷，冷卻至室溫。其實驗結(jié)果如下表1

權(quán)利要求
1.一種用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備儲氫合金的方法，其特征在于制備步驟為將LaNi3、Ni、Mg、Co粉按儲氫合金LaxMg1-xNiyCoz中各元素的配比配料，混勻，然后裝入石墨模具中進(jìn)行壓型；再在真空中進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)工藝制度為加熱速度為50-150℃/min，燒結(jié)溫度為300℃-1000℃，加壓5-30MPa，保溫時間3-15min，然后隨爐冷卻至室溫；其中0.6≤x≤0.7，2.5≤y≤2.8，0.4≤z≤0.6。
全文摘要
用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備儲氫合金的方法，屬于金屬功能材料和二次電池領(lǐng)域。工藝為將純度≥99.9％，粒度≥200目的LaNi
文檔編號C22C45/00GK1920076SQ20061011307
公開日2007年2月28日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者曲選輝, 李平, 安富強(qiáng), 鄭雪萍 申請人:北京科技大學(xué)