一种用于制备氢气的Al合金及其制备方法和应用

文档序号：1095020 发布日期：2020-09-25 浏览：11次 >En<

阅读说明：本技术 一种用于制备氢气的Al合金及其制备方法和应用 (Al alloy for preparing hydrogen and preparation method and application thereof ) 是由张建斌石玗容煜陆雨焦凯于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于制备氢气的Al合金及其制备方法和应用,涉及Al合金制氢技术领域,所述Al合金包括金属Al、Mg、Ga和Sn；其中,Sn的含量为0.6-1.2 wt.%,Mg的含量为0.41-1.7 wt.%,Ga的含量为0.2-2 wt.%,余量为Al；另外,还可以在上述Al合金中加入0.2-1.0 wt.%的Cu来改善铝合金的制氢性能。本发明的铝合金不仅降低了制氢铝合金的生产成本,而且提升了其制氢性能,使用本发明的铝合金在30℃、50℃、70℃、90℃下的产氢量分别为927.4 mL/g、1040.0mL/g、1143.5 mL/g、1247.0 mL/g。(The invention discloses an Al alloy for preparing hydrogen and a preparation method and application thereof, and relates to the technical field of hydrogen production of Al alloys, wherein the Al alloy comprises metal Al, Mg, Ga and Sn; wherein the content of Sn is 0.6-1.2wt.%, the content of Mg is 0.41-1.7wt.%, the content of Ga is 0.2-2wt.%, and the balance is Al; in addition, 0.2-1.0wt.% of Cu can be added into the Al alloy to improve the hydrogen production performance of the aluminum alloy. The aluminum alloy of the invention not only reduces the production cost of the aluminum alloy for hydrogen production, but also improves the hydrogen production performance, and the hydrogen production capacity of the aluminum alloy at 30 ℃, 50 ℃, 70 ℃ and 90 ℃ is 927.4 mL/g, 1040.0mL/g, 1143.5mL/g and 1247.0 mL/g respectively.)

技术领域

本发明涉及Al合金制氢技术领域，具体涉及一种用于制备氢气的Al合金及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池（FC）由纯净，清洁的氢气驱动，而不是通过化石燃料的改造获得，这样就不会污染周围环境。虽然现今在新能源电动车领域小规模使用FC，但由于FC除了本身一些工程技术上的难题外，还缺乏可靠高效的供氢系统，使其不能得到大规模推广。在制氢方面，目前主要有化石燃料制氢、生物质气化制氢、电解水制氢、光催化制氢以及非矿物质含能材料等。

传统的制氢技术存在成本、运输和储存等问题。在实际应用中，化石资源制氢应用最为广泛，然而化石资源为不可再生资源，且产物中氢气纯度也不高；电解水制氢需要源源不断的电能，且能量转换率低，安全性也不够高；生物质制氢虽然较为清洁，也容易运输，但存在能耗高的天然缺陷，工艺流程也较为复杂，难以对反应进行控制，有大量的副产物存在。以上制氢技术虽适应于大规模生产，却无法满足燃料电池对高纯度、安全性氢源的需求。

随着研究的不断深入，科研人员发现金属及其化合物在一定条件下可以产生大量高纯度氢气，且金属不存在运输安全（如***、泄露、蒸发）等问题。目前金属制氢主要是采用Al基合金制氢，因为Al是地壳中最丰富的金属元素，在自然界中以矿石的形态存在，易制取以及价格优势，没有苛刻的保存条件；但由于Al表面存在致密的氧化膜，阻碍了Al与水的进一步反应，为了解决这一问题，一种方法是通过研磨、球磨等传统机械手段破坏Al表面致密氧化膜，同时改变Al及铝合金的比表面积，使其成粉，从而提高反应接触面积；但是球磨成本高，铝粉比表面积和表面能较高，导致其化学性质活泼，容易发生安全事故，因此Al粉的储存（易氧化）和运输限制了铝粉在制氢中的应用；另一种方法是在铝中加入Ga、Sn、In等金属以形成低熔点活化铝合金来降低反应的活化能；还有部分低熔点金属破坏Al晶粒晶界来提高Al的制氢性能，但是Ga、Sn、In均属于稀贵金属，大大增加了制氢成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于制备氢气的Al合金及其制备方法和应用，该方法通过在Al中添加少量的Ga、Sn、Mg、Cu等元素来提高Al合金的产氢量、产氢速率，并且添加量少，成本低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案之一为：一种用于制备氢气的Al合金，所述Al合金包括金属Al、Mg、Ga和Sn；

其中，Sn的含量为0.6-1.2wt.%，Mg的含量为0.41-1.7wt.%，Ga的含量为0.2-2wt.%，余量为Al。

进一步地，所述Al合金包括金属Al、Mg、Ga和Sn；

其中，Sn的含量为1.2wt.%，Mg的含量为1.7wt.%，Ga的含量为1.5wt.%，余量为Al。

本发明采用的技术方案之二为：一种用于制备氢气的Al合金，所述Al合金由金属Al、Mg、Ga、Sn和Cu组成；

其中，Sn的含量为0.6-1.2wt.%，Mg的含量为0.41-1.7wt.%，Ga的含量为0.2-2wt.%，Cu为0.2-1.0wt.%，余量为Al。

进一步地，所述Al合金由金属Al、Mg、Ga、Sn和Cu组成；

其中，Sn的含量为1.2wt.%，Mg的含量为1.7wt.%，Ga的含量为1.5wt.%，Cu为0.8wt.%，余量为Al。

本发明采用的技术方案之三为：一种上述技术方案任一所述的Al合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1：根据上述成分配比称取金属原料；

S2：将称取的Al放入石墨坩埚并转移至箱式电阻炉中，电阻炉的温度为720-780℃，待Al完全熔为液态后，保温5-6min，取出加入其它金属原料，待所有金属全部溶解后并搅拌使均匀混合。再放入电阻炉中升温至630-680℃后，加入0.2-0.8wt.%精炼剂六氯乙烷 0.2-0.8wt.%进行精炼，精炼过程中持续搅拌，扒渣；

S3：扒渣完成后将S2中的合金溶液倒入模具中；

S4：冷却后，将试样从模具中取出，进行编号。

本发明采用的技术方案之四为：上述技术方案任一所述的Al合金在燃料电池中的应用，其中，利用所述Al合金水解反应制得氢气作为所述燃料电池的氢源。

本发明的有益效果：

本发明在铝中加入低熔点金属Ga、Sn、Mg来形成低熔点活化铝合金，本发明中用低成本Mg代高价In，降低了Sn和Ga的用量，虽然产氢量稍有降低，但是大幅度降低了Al合金的生产成本，而且大量实验研究进行了Al合金组分的优化后，Al合金中Sn的含量为1.2wt.%，Mg的含量为1.7wt.%，Ga的含量为1.5wt.%时，其在30℃时产氢量可以达到833.7mL/g，90℃时可以达到1102.1mL/g。

为了进一步降低制氢铝合金的生产成本，提高铝合金的制氢性能，本发明在上述铝合金中又进一步添加了金属Cu，使本发明的铝合金在90℃时达到了99.3%。而且30℃、50℃、70℃、90℃下的产氢量分别为927.4 mL/g、1040.0mL/g、1143.5 mL/g、1247.0 mL/g。

另外，本发明采用熔炼浇铸制备成铝合金块，方便铝合金的安全运输。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1-5的Al合金在30℃时的产氢量图；

图2为本发明实施例1-5的Al合金在90℃时的产氢量图；

图3为本发明实施例6-10的Al合金X射线衍射图谱；

图4为本发明实施例6-10的Al合金背散射扫描电子显微（BSEM）图像；

图5为本发明实施例6-10的Al合金在30℃时的产氢量图；

图6为本发明实施例6-10的Al合金在90℃时的产氢量图；

图7为本发明实施例6-10的Al合金的产氢转化率图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1