專利名稱：一種具有貯氫功能的正二十面體鈦基準晶材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于具有貯氫功能的準晶材料，特別涉及了一種熱力學穩(wěn)定和易于生產(chǎn)的Ti-Zr-Ni-Cu單一正二十面體準晶材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
準晶合金具有特殊對稱結(jié)構(gòu)，易與氫反應(yīng)的對稱晶面和有利于氫在晶胞內(nèi)部擴散的晶體結(jié)構(gòu)，準晶合金作為極具發(fā)展?jié)摿Φ馁A氫合金之一被人們重視；美國專利006030724號公開了題為“貯氫合金及其用于堿性二次電池”的專利，該專利采用正二十面體的Mg-Ca-Zn和Mg-Al-Zn系等準晶合金，充-放氫循環(huán)500次，其準晶結(jié)構(gòu)仍沒有被破壞，并且保持了重量百分比為3.5％的貯氫量，該貯氫合金可用作Ni-MH電池的負極材料。0.5C循環(huán)820次，該貯氫合金的電化學容量仍然保持320mAh/g，超過目前Ni-MH電池普遍使用的LaNi5貯氫合金粉；但是，該發(fā)明不足之處在于準晶材料的構(gòu)成元素選擇基本在元素周期表的1、2、3、4主族和1、2、3、8副族，盡管權(quán)項中保護的很寬，實質(zhì)上選擇的主體構(gòu)成元素基本上是Mg、Ca、Zn、Al這些易氧化的活潑元素，為實際生產(chǎn)和應(yīng)用帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種Ti-Zr-Ni-Cu單一正二十面體準晶材料，該材料熱力學穩(wěn)定，易于生產(chǎn)，同時具有優(yōu)良的貯氫功能。
本發(fā)明提供了一種具有貯氫功能的Ti-Zr-Ni-Cu單一正二十面體準晶材料，其特征在于該合金材料由單一的正二十面體準晶相組成，合金成分為Ti100-x-y-zZrxNiyCuz，其中10＜x＜45，5＜y＜20，1＜z＜10。
本發(fā)明另一目的還提供了上述Ti-Zr-Ni-Cu單一正二十面體準晶材料的制備方法，其特征在于按合金成分通式要求的計量，選用100目化學純的Ti、Zr、Ni、Cu粉，裝入高能球磨機的球磨罐，球料比為20∶1，在氬氣保護下球磨100～200小時，將球磨后的的合金粉封入石英管中，在1×10-3Pa下進行熱處理，熱處理溫度為480～650℃，時間為0.5～6小時。
本發(fā)明優(yōu)點在于該材料準晶形成能力強，形成的準晶材料為單一正二十面體構(gòu)造，且熱力學穩(wěn)定，具有優(yōu)良的吸氫性能和高的電化學放電容量。本發(fā)明的具有儲氫功能的準晶材料，可以作為儲氫材料和電池負極材料；本發(fā)明的方法工藝簡單、可操作性強，易于產(chǎn)業(yè)化。


圖1為實施例1的x-射線衍射(XRD)結(jié)果，圖1也是說明書摘要附圖；圖2為實施例1的5次對稱電子衍射圖；圖3為實施例1的吸氫動力學曲線；圖4為實施例1的電化學放電曲線；圖5為實施例2的XRD結(jié)果；圖6為實施例4的XRD結(jié)果。
具體實施例方式實施例1按成分Ti45Zr35Ni17Cu3，選用100目化學純的Ti、Zr、Ni、Cu粉，裝入高能球磨機的球磨罐，球料比為20∶1，在氬氣保護下，球磨200小時，將球磨后的合金粉封入石英管中，在1×10-3Pa下進行熱處理，溫度為580℃，時間為0.5小時，將獲得的合金粉用XRD和電子衍射分析，結(jié)果如圖1和圖2，表明合金為單一的正二十面體準晶結(jié)構(gòu)。然后測定物理貯氫量和吸氫性能，250℃時，20分鐘吸氫的質(zhì)量百分數(shù)達到1.6mass％，吸氫動力學曲線如圖3；同時在負限制的MH-Ni實驗電池測定其電化學吸-放氫性能，70℃時一次循環(huán)達到最大放電容量702mAh/g，放電曲線如圖4所示。荷電實驗在70℃±1℃下進行，荷電保持率QH按照公式QH＝Cb/0.5(Ca+Cc)計算，其中Ca為荷電前的末次放電容量，Cb為荷電后開機首次放電容量，Cc為荷電后開機第二次正常充、放電時的放電容量，荷電時間為72小時，QH為95％。
實施例2成分為Ti65Ni30Zr10Cu5，球磨150小時，在580℃下熱處理1小時。其余同實施例1。合金的XRD結(jié)果如圖5，表明為單一的正二十面體準晶結(jié)構(gòu)。250℃時，20分鐘吸氫的質(zhì)量百分數(shù)達到1.8mass％。50℃時一次循環(huán)達到最大放電容量512mAh/g，荷電實驗在50℃±1℃下進行，QH為93％。
實施例3成分為Ti50Ni30Zr10Cu10，球磨100小時，在530℃下熱處理3小時。其余同實施例1。合金為單一的正二十面體準晶結(jié)構(gòu)。250℃時，20分鐘吸氫的質(zhì)量百分數(shù)達到1.4mass％。30℃時一次循環(huán)達到最大放電容量376mAh/g。荷電實驗在30℃±1℃下進行，QH為98％。
實施例4成分為Ti55Ni30Zr20Cu5，球磨150小時，在605℃下熱處理4.5小時。其余同實施例1。合金的XRD結(jié)果如圖5，表明為單一的正二十面體準晶結(jié)構(gòu)。250℃時，20分鐘吸氫的質(zhì)量百分數(shù)達到1.7mass％。50℃時一次循環(huán)達到最大放電容量498mAh/g，荷電實驗在50℃±1℃下進行，QH為92％。
實施例5成分為Ti40Zr40Ni15Cu5，球磨130小時，在480℃下熱處理5小時。其余同實施例1。合金為單一的正二十面體準晶結(jié)構(gòu)。250℃時，20分鐘吸氫的質(zhì)量百分數(shù)達到1.9mass％。70℃時一次循環(huán)達到最大放電容量654mAh/g。荷電實驗在70℃±1℃下進行，QH為91％。
權(quán)利要求
1.一種具有貯氫功能的Ti-Zr-Ni-Cu單一正二十面體準晶材料，其特征在于該合金為單一的正二十面體準晶材料，其成分為Ti100-x-y-zZrxNiyCuz，其中10＜x＜45，5＜y＜20，1＜z＜10。
2.一種權(quán)利要求1所述Ti-Zr-Ni-Cu單一正二十面體準晶材料的制備方法。按準晶材料成分通式要求的計量，選用100目化學純的Ti、Zr、Ni、Cu粉，裝入高能球磨機的球磨罐，球料比為20∶1，在氬氣保護下球磨100～200小時，球磨后的合金粉封入石英管中，在1×10-3Pa下進行熱處理，熱處理溫度為480～630℃，時間為0.5～6小時。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有貯氫功能的單一正二十面體準晶材料。其成分為Ti
文檔編號B01J20/02GK1709564SQ20051001671
公開日2005年12月21日 申請日期2005年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月18日
發(fā)明者王立民, 劉寶忠, 吳耀明, 彭秋明 申請人:中國科學院長春應(yīng)用化學研究所