CN104532175A - 一种用于制氢的铝合金生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制氢的铝合金生产方法，该技术将碱金属和惰性金属高温熔融的合金涂抹在铝箔表面，再经冷凝切割、压片、高温退火，获得高活性的铝合金；其中，碱金属为锂，钠，钾，铷的一种；惰性金属为低熔点的铋，镓，锡，铅，铟的一种，两种或多种；碱金属/(碱金属+惰性金属)的质量百分比为5～40％；铝箔厚度为10～100um，铝表面涂抹层的厚度为1～20um。该技术具有生产过程简单可控、铝合金活性高等优点，对推动铝合金水解制氢的实用化有重要作用。

Description

一种用于制氢的铝合金生产方法
技术领域
本发明属于氢气制备技术领域，特别是涉及一种适用于制氢的铝合金生产方法。
背景技术
铝水解是解决燃料电池氢源的有效途径。该方法主要是把铝或铝合金储存在供氢系统内，通过处理产生氢气，供给燃料电池，实现随时制氢、供氢，解决了氢气的储存以及运输过程中的安全问题。众多文献和专利采用碱溶液，铝表面修饰或铝合金的成分设计等改善铝的水解性能。目前，铝在碱液水解产氢仍然是最实用的一种产氢方法。调节碱液与铝的接触或碱浓度，控制铝水解产氢速率。但该方法的缺点在于体系的强腐蚀性对反应器的材质提出了高要求，而且强碱溶液对使用者也可能造成一定的危害。发明专利将铝粉，碱粉末和还原铁粉混合均匀，然后再混合粉末中加水固化成型。该方法具有原料价格便宜，制备工艺简单等优点，适合工业化生产。但其缺点在于固化成型过程中，碱易催化铝水解，从而损失铝合金的实际产氢量；且机械混合无法实现原料充分混合，导致铝水解速率不均匀。发明专利(一种制氢A1基合金复合材料及其制备和使用方法，CN 1013583108)采用了铝锡等合金与碳纳米材料高温复合，该体系在中性水溶液中具有很好的制氢效率，该方法需要加入大量的掺杂物碳和锡，降低了铝基合金的理论产氢量。专利(一种铝钙合金水解制氢的方法，CN 101948092)采用铝钙合金水解制氢，金属钙水解产生碱性物质Ca(OH)2催化铝的水解。该方法的缺点在于金属钙的水解产物Ca(OH)2微溶于水，导致铝的水解速率缓慢。铝钙合金需进一步经粉碎，盐掺杂，再球磨等处理，降低了该方法的实际应用前景。
铝合金水解是非常实用的制氢技术。提高铝活性，降低其它物质掺杂量和碱浓度，一直是科研人员急于解决的关键问题。实现铝合金的工业规模化生产，有利于降低其生产成本，实现铝合金制氢的规模化应用与商业化推广。
发明内容
本发明目的在于提供一种高活性、制备工艺简单、易携带、用于制氢的铝合金生产方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于制氢的铝合金生产方法，包括如下步骤：
1)在惰性气氛的安装有电动收卷放卷装置的容器中，将铝箔放在左侧转轴，抽出铝片一头固定于右侧收卷机构；两转轴中间设置一个涂膜器；将碱金属和惰性金属提前放置在涂抹器中，加热到300～600℃熔融，搁置0～4h；然后把熔融合金涂抹在铝箔上；开动传动收卷机构使铝箔连续通过涂抹器；当铝箔完全收卷于右侧后停止涂抹；其中，铝箔厚度为10～100um，铝箔使用前用碱溶液清除表面氧化层；碱金属为锂，钠，钾，铷的一种；惰性金属为低熔点的铋，镓，锡，铅，铟的一种，两种或多种；碱金属/(碱金属+惰性金属)的质量百分比为5～40％；涂抹合金层的厚度为1～20um；
2)将步骤(1)的铝卷裁剪一定尺寸的铝箔，按一定数目叠加压制成铝片；其中叠加铝箔的数目为2～100；铝箔的排列顺序是铝片涂抹层朝上，最上一层的铝片涂抹层朝下；
3)将步骤(2)的铝片放入密闭反应器，氩气保护，加热到400～650℃；然后迅速退火至常温。
所述的步骤(1)铝箔表面仅涂抹一面；
所述的步骤(2)压制铝箔成铝片的压力大于10MPa；
所述的步骤(3)退火冷却介质为空气，冰水，液氮或干冰的一种.
与其它铝合金制备技术相比，本专利制备的铝合金优势非常明显：
1)铝合金活性高，水解性能好。
2)铝合金可在中性水水解，水解产物腐蚀性小。
3)铝合金规模化生产，合金制备成本降低。
具体实施方式
铝合金在氩气保护下，用熔熔、机械涂抹、压片和退火相结合制备。具体描述如下：
实施例一、
一种用于制氢的铝合金的生产方法，成分设计如下：
体系1：铝箔，厚10um；钠/(钠+铋)质量百分数为10％；钠铋合金涂抹厚度为1um；
体系2：铝箔，厚20um；锂/(锂+铋)质量百分数为20％；钠铋合金涂抹厚度为3um；
体系3：铝箔，厚50um；钾/(钾+铋)质量百分数为15％；钠铋合金涂抹厚度为6um；
一种用于制氢的铝合金生产方法，包括如下步骤：1)在惰性气氛的安装有电动收卷放卷装置的容器中，将铝箔放在左侧转轴，抽出铝片一头固定于右侧收卷机构；两转轴中间设置一个涂膜器；将碱金属和惰性金属提前放置在涂抹器中，加热到500℃熔融，搁置1h；然后把熔融合金涂抹在铝箔上；开动传动收卷机构使铝箔连续通过涂抹器；当铝箔完全收卷于右侧后停止涂抹；2)将步骤(1)的铝卷裁剪20cm×20cm的铝箔，用15吨压力，按50片叠加压制成铝片；3)将步骤(2)的铝片放入密闭反应器，氩气保护，加热到600℃；然后迅速用液氮冷却至常温。
铝合金体系1，2，3在常温具有很好的水解性能；在1小时水解过程中，1g的铝合金水解产氢量大于1200ml。
实施例二、
一种用于制氢的铝合金的生产方法，成分设计如下：
体系4：铝箔，厚20um；钠/(钠+锡)质量百分数为10％；钠锡合金涂抹厚度为3um；
体系5：铝箔，厚20um；钠/(钠+锡+镓)质量百分数为10％；钠锡镓合金涂抹厚度为3um；
体系6：铝箔，厚20um；钠/(钠+铋+锡)质量百分数为10％；钠铋合金涂抹厚度为3um；
一种用于制氢的铝合金生产方法，包括如下步骤：1)在惰性气氛的安装有电动收卷放卷装置的容器中，将铝箔放在左侧转轴，抽出铝片一头固定于右侧收卷机构；两转轴中间设置一个涂膜器；将碱金属和惰性金属提前放置在涂抹器中，加热到450℃熔融，搁置2h；然后把熔融合金涂抹在铝箔上；开动传动收卷机构使铝箔连续通过涂抹器；当铝箔完全收卷于右侧后停止涂抹；2)将步骤(1)的铝卷裁剪40cm×40cm的铝箔，用20吨压力，按30片叠加压制成铝片；3)将步骤(2)的铝片放入密闭反应器，氩气保护，加热到500℃；然后迅速用冰水冷却至常温。
铝合金体系4，5，6在常温具有很好的水解性能；在1小时水解过程中，1g的铝合金水解产氢量大于1200ml。
实施例三、
一种用于制氢的铝合金的生产方法，成分设计如下：
体系7：铝箔，厚100um；钠/(铷+锡+铟)质量百分数为40％；钠锡合金涂抹厚度为1um；
体系8：铝箔，厚10um；钠/(钠+铟+镓)质量百分数为5％；钠锡镓合金涂抹厚度为3um；
体系9：铝箔，厚50um；钾/(钾+铅+锡)质量百分数为30％；钠铋合金涂抹厚度为3um；采用实施例1中的方法制备，铝合金体系7，8，9在常温具有很好的水解性能；
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于制氢的铝合金生产方法，包括如下步骤：
1)在惰性气氛的安装有电动收卷放卷装置的容器中，将铝箔放在左侧转轴，抽出铝片一头固定于右侧收卷机构；两转轴中间设置一个涂膜器；将碱金属和惰性金属提前放置在涂抹器中，加热到300～600℃熔融，搁置0～4h；然后把熔融合金涂抹在铝箔上；开动传动收卷机构使铝箔连续通过涂抹器；当铝箔完全收卷于右侧后停止涂抹；其中，铝箔厚度为10～100um，铝箔使用前用碱溶液清除表面氧化层；碱金属为锂，钠，钾，铷的一种；惰性金属为低熔点的铋，镓，锡，铅，铟的一种，两种或多种；碱金属/(碱金属+惰性金属)的质量百分比为5～40％；涂抹合金层的厚度为1～20um；
2)将步骤(1)的铝卷裁剪一定尺寸的铝箔，按一定数目叠加压制成铝片；其中叠加铝箔的数目为2～100；铝箔的排列顺序是铝片涂抹层朝上，最上一层的铝片涂抹层朝下；
3)将步骤(2)的铝片放入密闭反应器，氩气保护，加热到400～650℃；然后迅速退火至常温。
2.根据权利要求1所述的一种用于制氢的铝合金生产方法，其特征在于：步骤(1)铝箔表面仅涂抹一面。
3.根据权利要求1所述的一种用于制氢的铝合金生产方法，其特征在于：步骤(2)压制铝箔成铝片的压力大于10MPa。
4.根据权利要求1所述的一种用于制氢的铝合金生产方法，其特征在于：步骤(3)退火冷却介质为空气，冰水，液氮或干冰的一种。
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