本發(fā)明涉及制氫技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁基制氫材料、其制備方法及裂解水制備氫氣的方法。

背景技術(shù)：

氫能是一種非常優(yōu)秀的能源載體，不排放任何對(duì)環(huán)境有污染的物質(zhì)，是真正意義上的綠色能源。但是氫氣的難于制備和安全儲(chǔ)運(yùn)已成為限制氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。氫能的真正安全使用應(yīng)該是實(shí)時(shí)制備與使用，減少中間儲(chǔ)存與運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)。若能將儲(chǔ)存運(yùn)輸高能壓縮氫氣轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)輸制氫反應(yīng)劑，其安全性能將會(huì)大大提高。

針對(duì)上述問(wèn)題，許多學(xué)者開發(fā)了各種制氫技術(shù)。其中以金屬及合金或金屬化合物與水反應(yīng)制備氫氣成為研究的熱點(diǎn)。例如堿金屬，金屬氫化物等都能與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。但是這類制氫反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生堿性很強(qiáng)的溶液或者需要貴金屬作為催化劑，這些都極大的限制了其實(shí)際應(yīng)用。于是人們開始研究其它活潑金屬來(lái)制備氫氣。眾所周知，金屬鋁性質(zhì)活潑且儲(chǔ)存量豐富，密度小，比能量高，在金屬中僅次于金屬鋰。利用金屬鋁作為固態(tài)儲(chǔ)氫材料與水反應(yīng)制氫有望成為一種很有前景的技術(shù)。但是金屬鋁反應(yīng)是表面易形成惰性氧化膜，阻礙反應(yīng)進(jìn)行。如何阻止或破壞惰性氧化膜，使之與水的反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行成為一個(gè)重要的研究方向。

目前，以鋁作為儲(chǔ)氫材料的主要合成方法有球磨法和熔融法。球磨法雖然更加有利于鋁基材料與水的充分反應(yīng)，但是，球磨法的缺陷也是顯而易見的：(1)體積龐大笨重；(2)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲廣泛應(yīng)用于堅(jiān)硬物質(zhì)料粉碎，須有牢固的基礎(chǔ)；(3)工作效率低，消耗能量較大；(4)研磨體與機(jī)體的摩擦損耗很大，并會(huì)玷污產(chǎn)品。而且，球磨法不能規(guī)?；瘧?yīng)用，無(wú)法供應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)。另外，粉末鋁基制氫材料雖然能夠快速的產(chǎn)生氫氣，但是析氫速率不易控制，導(dǎo)致在實(shí)用性方面大打折扣。加入促進(jìn)劑雖然能夠使反應(yīng)順利進(jìn)行，但是大大提高了反應(yīng)物的成本。加入堿性促進(jìn)劑對(duì)反應(yīng)容器的損傷也是不可逆的。

有人將氧化鋁或氫氧化鋁作為添加劑與金屬鋁制備成金屬陶瓷，再與水反應(yīng)。此方法確實(shí)提高了鋁與反應(yīng)的活性，但是其制氫產(chǎn)率不高，尤其是單位質(zhì)量氫氣產(chǎn)率太低。當(dāng)添加劑達(dá)到90％時(shí)，1g鋁才產(chǎn)生870mlh2，與理論量的1245ml有一定的距離。另外也有人把鹽與鋁粉混合經(jīng)過(guò)球磨合成制氫原料。同樣只有當(dāng)鹽的含量達(dá)到76％時(shí)，才能使鋁的制氫產(chǎn)率達(dá)到100％。但是單位質(zhì)量的制氫原料的產(chǎn)氫率仍然很低，只有24％。為了提高單位質(zhì)量制氫原料的產(chǎn)氫率，有人考慮使用鋁合金水解制氫。在這些方法中最為吸引人的，就是美國(guó)耶魯大學(xué)的woodall教授利用鋁鎵合金分解水制備氫氣。因?yàn)榻饘冁壍娜埸c(diǎn)低，只有29.7℃。鋁容易溶解到鎵中，并與之形成鋁鎵合金。這種合金能快速與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，制氫產(chǎn)物主要就是氧化鋁，通過(guò)冶煉易于回收再利用。含鋁80％的鋁鎵合金與水反應(yīng)，假設(shè)反應(yīng)產(chǎn)生的水有50％被回收后再循環(huán)參與反應(yīng)，合金就將具有大于6％的氫密度，完全符合美國(guó)能源部的上述指標(biāo)要求。但是由于鎵是惰性金屬，與水反應(yīng)時(shí)是不參與制氫，因此合金的產(chǎn)氫量就完全取決于合金中鋁的含量，所以單位質(zhì)量合金的制氫產(chǎn)率也較低。另外，金屬鎵在地球上的含量也非常少，因此價(jià)格非常昂貴，高達(dá)1800元/公斤左右，比鋁要貴得多。這在一定程度上限制這種合金應(yīng)用實(shí)際的制氫中去。

總之，目前的鋁基制氫材料難以商業(yè)化的原因主要有以下幾種原因：

一、成本較高；二、鋁基制氫材料與水的反應(yīng)溫度難以控制；三、鋁基制氫材料與水反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)氣量不穩(wěn)定，難以控制；四、鋁基制氫材料與水的反應(yīng)反應(yīng)速率易隨溫度的變化而變化，不好控制；五、當(dāng)鋁基制氫材料與水反應(yīng)的溫度達(dá)到40℃以上時(shí)，反應(yīng)速率會(huì)加快，進(jìn)而原材料消耗也會(huì)加快，產(chǎn)生大量氫氣，導(dǎo)致氫氣過(guò)剩而造成浪費(fèi)。

因此，找到一種能夠價(jià)格便宜，易于獲得的金屬化合物來(lái)活化金屬鋁并阻礙鋁表面形成氧化膜，改變金屬鋁與水的反應(yīng)特性，這樣就可以大幅度降低制氫材料的生產(chǎn)成本和提高制氫效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種鋁基制氫材料、其制備方法及裂解水制備氫氣的方法。

本發(fā)明公開了一種鋁基制氫材料，以重量單位計(jì)，包括以下組分：

錫(sn)0.5-2.5份，鉍(bi)0.1-1.5份，鋅(zn)0.2-1.5份，鎂(mg)0.5-2.0份，鈣(ca)0.1-0.3份和鋁(al)50-100份。

本發(fā)明的鋁基制氫材料中，以不同含量的鋁和熔點(diǎn)較低的金屬為原料，通過(guò)形成晶相間化合物，以破壞鋁表面原有的一層致密氧化膜。各組分均可以與鋁形成合金，其中，鋁錫合金屬于偏晶合金，即使在600℃高溫下，也只有質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.026％的錫溶解在鋁晶格中，大量的金屬錫游離在鋁晶格周圍，造成了鋁合金的熱不穩(wěn)定性，提高了合金的電化學(xué)活性。金屬錫的活化作用在于：金屬錫以單個(gè)或多個(gè)原子態(tài)進(jìn)入鋁表層氧化膜的缺陷或縫隙處與鋁形成合金，類似于汞與金屬生成汞齊的作用，從而分離氧化膜。同時(shí)，鋁錫合金具有更負(fù)的電化學(xué)電位(-1.54v，參比電極為hgo/hg),低于水分解電位-1.29v。因此，沉積有低熔點(diǎn)單質(zhì)金屬錫的部位成為鋁首先活化溶解的活性點(diǎn)。

鋁鉍合金的結(jié)構(gòu)為每16個(gè)鋁原子和1個(gè)鉍原子結(jié)合，其水解原理是基于鋁與鉍之間可形成微原電池(類似于mg-ni合金的水解)，該原電池中的鋁為陽(yáng)極，鉍為陰極，通過(guò)增加合金中鉍含量可使介質(zhì)的離子電導(dǎo)率提高，從而提升該合金的水解制氫能力。

鋁鋅合金使合金表面形成一層保護(hù)膜，能夠在合金表面起到防止合金材料進(jìn)一步氧化的作用，以使得合金材料能夠更長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存。在與水接觸時(shí)，導(dǎo)致膜裂解，內(nèi)部材料暴露與水相接觸，從而達(dá)到產(chǎn)氫的目的。

鋁鈣合金中只有ca的含量在5％～20％才能分解水并使反應(yīng)完全產(chǎn)生氫氣，這種al-ca合金能在10℃左右的水溫中產(chǎn)生氫氣，并在空氣(濕度50％)中存放5h依舊有90％的產(chǎn)氫率，進(jìn)一步延長(zhǎng)至40h仍舊保持73％的高活性。因此，該種al-ca合金除價(jià)格便宜、產(chǎn)氫性能好外，相比其他材料具有易于儲(chǔ)存的優(yōu)點(diǎn)。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，鋁基制氫材料還包括銻(sb)、鍶(sr)和鋰(li)中的一種或幾種，其中，以重量單位計(jì)，所述鋁基制氫材料包括銻0.1-0.5份，鍶0.01-0.1份，鋰0.01-0.1份。

鋁銻合金經(jīng)過(guò)高溫處理后，會(huì)形成一種穩(wěn)定的晶相結(jié)構(gòu)，使合金在晶格間呈現(xiàn)熱縮冷漲性，有效的控制了鋁水反應(yīng)的速率，而且提高了鋁合金的硬度，有利于合金的儲(chǔ)存及運(yùn)輸。

為了提高鋁水解制氫產(chǎn)率，向金屬鋁合金中加入鍶合金元素，研究發(fā)現(xiàn)鋁和鍶在堿性條件下標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)差為0.59v，在水溶液環(huán)境下可組成微小原電池，能夠促進(jìn)水解反應(yīng)的進(jìn)行。且雜質(zhì)元素的存在使鋁合金粉末表面的致密氧化膜由于雜質(zhì)元素的富集和結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生而變?yōu)楣聧u狀，從而破壞原來(lái)致密氧化膜的連續(xù)性。基于以上兩點(diǎn)原因，鋁鍶合金很容易發(fā)生激烈的水解反應(yīng)。

向鋁合金中添加金屬元素鋰，鋁鋰合金水解反應(yīng)可分為3步：(1)鋁鋰合金具有很高的活性，可直接與水反應(yīng)釋放大量的熱量和氫氣；(2)水解產(chǎn)物lioh將進(jìn)一步催化金屬鋁水解，該反應(yīng)是鋁水解制氫反應(yīng)的控制步驟，且lioh的濃度和水解溫度是影響鋁水解的重要因素，這也進(jìn)一步解釋了鋰含量增加會(huì)改善鋁鋰合金水解動(dòng)力學(xué)的原因；(3)水解產(chǎn)物lioh和al(oh)3結(jié)合產(chǎn)生lial2(oh)7水合物。此外，鋁鋰合金具有1.38v的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，高于水分解的標(biāo)準(zhǔn)電極電位1.23v，所以鋁鋰合金在水解過(guò)程中也可能存在部分的電化學(xué)腐蝕過(guò)程。

此外，本發(fā)明所使用的各組分不僅有利于破壞鋁氧化膜，同時(shí)降低了合金成本。

本發(fā)明還公開了一種上述鋁基制氫材料的制備方法，采用熔融法進(jìn)行，包括以下步驟：

(1)將鋁在800-900℃下熔融，然后向得到的鋁液中加入除鋁之外的其他組分，加入之后攪拌混勻，攪拌時(shí)間為3-10min，然后靜置5-12min后鑄錠，冷卻；

(2)將步驟(1)處理后的材料在400～450℃下保溫50～60min，冷卻后得到所述鋁基制氫材料。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟(1)中，加入除鋁之外的其他組分時(shí)，所添加的組分的熔點(diǎn)依次升高。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟(1)中，加入除鋁之外的其他組分時(shí)，每次添加一種組分，且各組分的添加時(shí)間間隔1-2min。

鋁基制氫材料中各組分的添加順序，影響合金晶界及相間化合物種類的變化，在對(duì)鋁進(jìn)行活化的同時(shí)，由于加入合金的先后時(shí)間差，導(dǎo)致氧化鋁膜被破壞時(shí)生成物組成也會(huì)發(fā)生變化。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟(1)中，加入除鋁之外的其他組分時(shí)，采用鋁箔包裹所添加的組分。加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行攪拌。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟(1)中，加入除鋁之外的其他組分之前，還包括去除所述鋁液表面的雜質(zhì)的步驟。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，上述鋁基制氫材料制備時(shí)在石墨坩堝中進(jìn)行。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟(1)中，冷卻后還包括脫模，壓片處理和封裝的步驟。通過(guò)壓片處理，可以根據(jù)反應(yīng)所需實(shí)際用氫量以及所需時(shí)長(zhǎng)，來(lái)決定壓片厚度。由于析氫發(fā)生在鋁表面上，因此，控制反應(yīng)面積可控制產(chǎn)氫量：其次，通過(guò)控制壓片厚度來(lái)延長(zhǎng)或縮短反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟(2)在高溫管式爐中進(jìn)行。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟(2)中，冷卻在高溫管式爐中進(jìn)行或在空氣中冷卻。

為了降低鋁基制氫材料與水接觸后反應(yīng)的誘導(dǎo)期，本發(fā)明對(duì)壓片后的鋁基材料進(jìn)行了熱處理的工藝，步驟(2)中的熱處理步驟利用退火及正火的原理，可改善鋁基材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，達(dá)到細(xì)化鋁基制氫材料中的晶粒的效果，改善了鋁基制氫材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加了鋁基材料的塑性以及柔韌性，縮短了鋁基制氫材料與水反應(yīng)的誘導(dǎo)期。

本發(fā)明通過(guò)特殊的熔煉方式得到與水可在溫和條件下反應(yīng)的鋁基制氫材料。在鋁基制氫材料制備過(guò)程中，組分的差異變化明顯受多種因素影響，諸如熔煉溫度，合金的種類、含量以及合金加入順序、加入的間隔時(shí)間，熔融時(shí)攪拌的速率以及攪拌時(shí)長(zhǎng)等。

通過(guò)對(duì)比多組不同熔融溫度下的鋁基合金樣品的析氫效率，得出在冶煉溫度上，鋁的熔融溫度過(guò)低或過(guò)高都影響鋁基制氫材料的析氫效果。

鋁基制氫材料中各組分含量的多少是影響鋁基材料析氫效率的最主要因素，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用了多組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行析氫對(duì)比，發(fā)現(xiàn)活化金屬的多少直接影響材料的可塑性以及產(chǎn)品析氫效率。

鋁基制氫材料制備過(guò)程中，加入除鋁之外的其他組分之后，攪拌速率以及攪拌時(shí)長(zhǎng)等影響鋁合金活化的均勻性，攪拌時(shí)間并不是越長(zhǎng)越好，時(shí)間過(guò)短和過(guò)長(zhǎng)都會(huì)影響樣品析氫效果，導(dǎo)致部分鋁表面仍未被活化。攪拌時(shí)間太短，攪拌不徹底，分布不均；時(shí)間太長(zhǎng)，鋁液中活化金屬元素有部分會(huì)粘在鋁基制氫材料制備時(shí)所使用的容器的內(nèi)壁和底部，導(dǎo)致活性金屬利用率大大降低。

本發(fā)明還公開了一種裂解水制備氫氣的方法，采用本發(fā)明的上述鋁基制氫材料進(jìn)行，包括以下步驟：

在密閉容器中，將所述鋁基制氫材料與水混合并發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生氫氣。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，反應(yīng)所使用的裝置包括循環(huán)冷卻發(fā)生裝置，循環(huán)冷卻發(fā)生裝置包括供電系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)，其中，供電系統(tǒng)包括燃料電池電堆，水循環(huán)系統(tǒng)包括反應(yīng)罐、水氣分離裝置、過(guò)濾裝置、循環(huán)水泵以及冷卻裝置，燃料電池電堆設(shè)于水循環(huán)系統(tǒng)的一側(cè)，燃料電池電堆一端的供電口分別與循環(huán)水泵、冷卻裝置的電源端口之間通過(guò)導(dǎo)線連接，同時(shí)燃料電池電堆的另一端與水氣分離裝置之間通過(guò)管道連接，組成供電來(lái)源端的回路，循環(huán)水泵與過(guò)濾裝置連接，反應(yīng)罐分別與水氣分離裝置、過(guò)濾裝置以及冷卻裝置之間通過(guò)管道連接，形成了一個(gè)順序閉環(huán)的回路；反應(yīng)罐為水循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)冷卻發(fā)生裝置的主體，鋁基制氫材料與水在反應(yīng)罐中進(jìn)行反應(yīng)。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，反應(yīng)罐上設(shè)有溫度傳感器、壓力表以及安全閥，反應(yīng)罐內(nèi)設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)連接有裝料包，裝料包內(nèi)用于容置鋁基制氫材料。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，溫度傳感器串聯(lián)于反應(yīng)罐的水泵電路中，且溫度傳感器內(nèi)集成設(shè)有輔助動(dòng)作觸點(diǎn)。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，反應(yīng)罐為廣口密封可拆卸式罐體。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，過(guò)濾網(wǎng)與反應(yīng)罐的罐蓋之間通過(guò)螺紋旋鈕連接，方便裝蓋。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，反應(yīng)罐中設(shè)有鋁水位警戒線，鋁水位警戒線位于罐體高度的80％～85％處。

上述循環(huán)冷卻發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且實(shí)用性高，易于操作，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)制氫，而且反應(yīng)后廢物收集方便，省去了渣液分離裝置，從剛開始的加料和注水，到后期的溫控和水循環(huán)，完全是自主完成，無(wú)需人為特意看守，通過(guò)加入鋁基制氫材料的多少可以控制反應(yīng)的時(shí)長(zhǎng)，繼而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)使現(xiàn)用，更加方便快捷，不用多次換水而造成水資源浪費(fèi)，省時(shí)省力。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，反應(yīng)時(shí)間為70min以下，優(yōu)選為49-70min。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，鋁基制氫材料與水的質(zhì)量比為1:50-1:100。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的鋁基制氫材料價(jià)格便宜，成本低，易于獲得金屬化合物來(lái)活化金屬鋁起到阻礙氧化膜形成的作用，從而改變金屬鋁與水反應(yīng)特性，可以大幅度降低制氫材料的生產(chǎn)成本和提高制氫效率。

采用本發(fā)明的方法熔煉所制備的鋁基制氫材料，能夠進(jìn)行鑄錠、壓片，可以實(shí)現(xiàn)可控制氫，具體包括在標(biāo)準(zhǔn)狀況下單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氫氣的速率可控以及反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)可控。上述方法能夠在煉鋁廠中進(jìn)行冶煉，通過(guò)連鑄連軋工藝取得與實(shí)驗(yàn)室同種效果，大大提高了生產(chǎn)效率。

采用本發(fā)明的上述鋁基制氫材料進(jìn)行裂解水制備氫氣，反應(yīng)快速，條件溫和，氫氣產(chǎn)率較高。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合詳細(xì)附圖說(shuō)明如后。

附圖說(shuō)明

圖1是金屬鋁還未被活化前的sem圖像；

圖2是實(shí)施例十二中，鋁基制氫材料裂解水制氫過(guò)程中，反應(yīng)2min時(shí)，鋁基制氫材料表面的sem圖；

圖3是實(shí)施例十二中，鋁基制氫材料裂解水制氫過(guò)程中，反應(yīng)5min時(shí)，鋁基制氫材料表面的sem圖；

圖4是實(shí)施例十二中，鋁基制氫材料裂解水制氫過(guò)程中，反應(yīng)10min時(shí)，鋁基制氫材料的坑槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的sem圖；

圖5是實(shí)施例十二中，鋁基制氫材料裂解水制氫過(guò)程中，反應(yīng)30min時(shí)，鋁基制氫材料的坑槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的sem圖；

圖6是鋁水反應(yīng)發(fā)生裝置簡(jiǎn)圖；

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1、反應(yīng)罐，2、裝料包，3、注水口，4、水氣分離裝置，5、燃料電池電堆，6、過(guò)濾裝置，7、循環(huán)水泵，8、冷卻裝置，9、氫氣排出口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

如無(wú)特殊說(shuō)明，以下實(shí)施例中，鋁基制氫材料裂解水制氫過(guò)程中均在室溫下進(jìn)行。

實(shí)施例一

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入錫0.5g，鉍0.1g，鋅0.2g，鎂0.5g，鈣粉0.1g。各金屬加入時(shí)間間隔均為1min，中途連續(xù)攪拌。其中，上述添加的金屬元素均為低熔點(diǎn)合金，為了防止在加入合金的瞬間由于高溫將其揮發(fā)掉而使計(jì)量產(chǎn)生誤差，實(shí)驗(yàn)中采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌5分鐘，然后靜置10分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

⑵將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，并利用排水法測(cè)量氫氣的產(chǎn)出率，步驟如下：

精確稱取1g鋁基制氫材料，將其置于透水性較好的無(wú)紡布做成的裝料包2中，然后置于循環(huán)冷卻發(fā)生裝置(圖6)中進(jìn)行反應(yīng)。無(wú)紡布為一次性材料，待反應(yīng)結(jié)束后方便產(chǎn)物氫氧化鋁的收集。上述循環(huán)冷卻發(fā)生裝置由供電系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)組成。其中，供電系統(tǒng)由燃料電池電堆5組成。水循環(huán)包括反應(yīng)罐1、水氣分離裝置4、過(guò)濾裝置6、循環(huán)水泵7以及冷卻裝置8。燃料電池電堆5設(shè)于水循環(huán)系統(tǒng)的一側(cè)，燃料電池電堆5一端的供電口分別與循環(huán)水泵7、冷卻裝置8的電源端口之間通過(guò)導(dǎo)線連接，同時(shí)燃料電池電堆5的另一端與水氣分離裝置4之間通過(guò)管道連接，組成供電來(lái)源端的回路。循環(huán)水泵7與過(guò)濾裝置6通過(guò)管道連接，反應(yīng)罐1分別與水氣分離裝置4、過(guò)濾裝置6以及冷卻裝置8之間通過(guò)管道連接，形成了一個(gè)順序閉環(huán)的回路。反應(yīng)罐1為水循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)冷卻發(fā)生裝置的主體，鋁基制氫材料與水在反應(yīng)罐1中進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)罐1中安裝設(shè)有溫度傳感器，且在反應(yīng)罐1頂端加裝設(shè)有壓力表以及安全閥。溫度傳感器串聯(lián)于反應(yīng)罐的水泵電路中，且溫度傳感器內(nèi)集成設(shè)有輔助動(dòng)作觸點(diǎn)，當(dāng)反應(yīng)罐內(nèi)的溫度達(dá)到一定溫度時(shí)循環(huán)系統(tǒng)才啟動(dòng)，減少了裝置內(nèi)部的耗電量，從而使系統(tǒng)更好的輸出電能供給外用電器使用，提高了電能利用率。反應(yīng)罐1為廣口密封可拆卸式罐體。反應(yīng)罐的頂部側(cè)面設(shè)有注水口3，反應(yīng)罐的頂部設(shè)有氫氣排出口9，氫氣排出口9連接水氣分離裝置4。反應(yīng)罐內(nèi)還設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)連接有裝料包2。過(guò)濾網(wǎng)與反應(yīng)罐1的罐蓋之間通過(guò)螺紋旋鈕連接，方便裝蓋。反應(yīng)罐1中設(shè)有鋁水位警戒線，鋁水位警戒線位于罐體高度的80％～85％處。

反應(yīng)罐1中安裝溫度傳感器，可調(diào)節(jié)鋁水反應(yīng)的水溫，當(dāng)水溫達(dá)到預(yù)定值時(shí)，循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)冷卻裝置，重新回到反應(yīng)罐，使水達(dá)到循環(huán)利用的結(jié)果，從而避免反應(yīng)水溫持續(xù)升高而不好控制。

利用鋁水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣給燃料電池供電，產(chǎn)生的電能一部分用于外用電器使用，一部分又給循環(huán)系統(tǒng)供電，實(shí)現(xiàn)了一種類似于小型發(fā)電裝置的循環(huán)體系。

上述裝置利用兩道過(guò)濾，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行過(guò)濾，第一道過(guò)濾是裝料包過(guò)濾，也是最重要的過(guò)濾，從根源上解決了氫氧化鋁與水的分離，為后期回收氫氧化鋁提供了便利；第二道過(guò)濾為反應(yīng)罐中進(jìn)入冷卻系統(tǒng)的水進(jìn)行除雜，以免裝料包中滲漏的氫氧化鋁顆粒集聚堵塞冷卻系統(tǒng)，繼而使反應(yīng)系統(tǒng)能夠正常工作。

反應(yīng)時(shí)，先將提前準(zhǔn)備好的裝料包投入到反應(yīng)罐中的過(guò)濾網(wǎng)中，反應(yīng)罐頂部設(shè)有注水口，循環(huán)冷卻后的水經(jīng)注水口進(jìn)入到裝料包中，與鋁基制氫材料發(fā)生反應(yīng)。采用此方法主要有三大優(yōu)點(diǎn)：一是起到過(guò)濾產(chǎn)物的作用，便于反應(yīng)后的氫氧化鋁回收；二是不斷注入的循環(huán)水帶走了料包中反應(yīng)物產(chǎn)生的熱量，降低反應(yīng)物與水的溫度，從而控制反應(yīng)速率；三是水進(jìn)入裝料包產(chǎn)生的壓力足以使得鋁基制氫材料與水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣析出，進(jìn)而供給燃料電池電堆發(fā)電。待反應(yīng)開始時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，水溫開始升高，當(dāng)水溫達(dá)到一定溫度時(shí)，經(jīng)過(guò)溫控器控制，循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)，使水經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置，再經(jīng)過(guò)冷卻系統(tǒng)，重新注入裝料包內(nèi)，周而復(fù)始，從而達(dá)到降溫效果。待鋁基制氫材料反應(yīng)92min后，反應(yīng)完全。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)90％。

實(shí)施例二

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在800℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入錫0.5g，鉍0.1g，鋅0.2g，鎂0.5g，鈣粉0.1g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌5分鐘，然后靜置10分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

⑵將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)85min后，基本反應(yīng)結(jié)束。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)93％。

實(shí)施例三

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在730℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入錫0.5g，鉍0.1g，鋅0.2g，鎂0.5g，鈣粉0.1g。各金屬加入時(shí)間間隔均為1min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌5分鐘，然后靜置10分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

⑵將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)80min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)80％。

實(shí)施例四

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在1000℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入錫0.5g，鉍0.1g，鋅0.2g，鎂0.5g，鈣粉0.1g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌5分鐘，然后靜置10分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

⑵將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)78min后，反應(yīng)截止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)80％。

實(shí)施例五

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在900℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入錫1.0g，鉍1.5g，鋅1.0g，鎂1.0g，鈣粉0.3g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌3分鐘，然后靜置12分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

⑵將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)90min后，反應(yīng)基本結(jié)束。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)88％。

實(shí)施例六

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)缓笠来渭尤脲a1.0g，鉍1.0g，鋅0.8g，鎂1.2g，鈣粉0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌10分鐘，然后靜置5分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

⑵將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)96min后，采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)93％。

實(shí)施例七

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在800℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)缓笠来渭尤脲a1.0g，鉍1.0g，鋅0.8g，鎂0.5g，鈣粉0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌10分鐘，然后靜置5分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

⑵將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)90min后，采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)85％。

實(shí)施例八

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)缓笠来渭尤脲a1.0g，鉍1.0g，鋅0.8g，鎂1.0g，鈣粉0.2g，銻0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌5分鐘，然后靜置10分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

⑵將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)85min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)95％。

實(shí)施例九

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在900℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入錫1.0g，鉍1.0g，鋅0.5g，鎂0.8g，鈣粉0.2g，銻0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌10分鐘，然后靜置5分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)90min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)94％。

實(shí)施例十

⑴與實(shí)施例一相比，將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入鈣粉0.1g，鎂0.5g，鉍0.1g，錫0.5g，鋅0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。已知添加的金屬元素均為低熔點(diǎn)合金，為了防止在加入合金的瞬間由于高溫將其揮發(fā)掉而使計(jì)量產(chǎn)生誤差，各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌10分鐘，然后靜置5分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)85min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)90％。

實(shí)施例十一

⑴與實(shí)施例二相比，將100g鋁置于石墨坩堝中在800℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)缓笠来渭尤脞}粉0.1g，鎂0.5g，鉍0.1g，錫0.5g，鋅0.2g。已知添加的金屬元素均為低熔點(diǎn)合金，為了防止在加入合金的瞬間由于高溫將其揮發(fā)掉而使計(jì)量產(chǎn)生誤差，各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌10分鐘，然后靜置5分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)80min后，反應(yīng)結(jié)束。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)85％。

實(shí)驗(yàn)方案十二

⑴與實(shí)施例三相比，將100g鋁置于石墨坩堝中在730℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入鈣粉0.1g，鎂0.5g，鉍0.1g，錫0.5g，鋅0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。已知添加的金屬元素均為低熔點(diǎn)合金，為了防止在加入合金的瞬間由于高溫將其揮發(fā)掉而使計(jì)量產(chǎn)生誤差，各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌10分鐘，然后靜置5分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)80min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)70％。

實(shí)施例十三

⑴與實(shí)施例八相比，將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)缓笠来渭尤脲a1.0g，鉍1.0g，鋅0.8g，鎂1.0g，鈣粉0.2g，銻0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌3分鐘，然后靜置12分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)80min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)95％。

實(shí)施例十四

⑴與實(shí)施例八、方案十三相比，將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入錫1.0g，鉍1.0g，鋅0.8g，鎂1.0g，鈣粉0.2g，銻0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌10分鐘，然后靜置5分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)90min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)90％。

實(shí)施例十五

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入鈣粉0.1g，鋅0.5g，鉍0.1g，錫0.1g，鎂1g，銻0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為1min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌5分鐘，然后靜置10分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)90min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)80％。

實(shí)施例十六

⑴與實(shí)施例十五相比，改變時(shí)間間隔，將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入鈣粉0.1g，鋅0.5g，鉍0.1g，錫0.1g，鎂1g，銻0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌5分鐘，然后靜置10分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)85min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)83％。

實(shí)施例十七

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)缓笠来渭尤脞}粉0.1g，鎂1g，鋅0.5g，鉍0.1g，錫0.1g，銻0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為1min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌5分鐘，然后靜置10分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)85min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)85％。

實(shí)施例十八

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)缓笠来渭尤脞}粉0.1g，鎂1g，鋅0.5g，鉍0.1g，錫0.1g，銻0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌5分鐘，然后靜置10分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)90min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)87％。

實(shí)施例十九

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入鈣粉0.1g，鎂0.5g，鋅0.5g，鉍0.5g，錫0.5g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌3分鐘，然后靜置12分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)90min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)89％。

實(shí)施例二十

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入鈣粉0.1g，鎂0.5g，鋅0.5g，鉍0.5g，錫0.5g，銻0.2g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌3分鐘，然后靜置12分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)95min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)92％。

實(shí)施例二十一

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入鈣粉0.1g，鎂0.5g，鋅0.5g，鉍0.5g，錫0.5g，銻0.2g，鍶0.01g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌3分鐘，然后靜置12分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)90min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)96％。

實(shí)施例二十二

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入鈣粉0.1g，鎂0.5g，鋅0.5g，鉍0.5g，錫0.5g，銻0.2g，鍶0.05g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌3分鐘，然后靜置12分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)80min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)100％。

實(shí)施例二十三

⑴將100g鋁置于石墨坩堝中在850℃條件下熔融，待熔化后，攪拌鋁液，除去鋁液表面的殘?jiān)?，然后依次加入鈣粉0.1g，鎂0.5g，鋅0.5g，鉍0.5g，錫0.5g，銻0.2g，鍶0.01g，鋰0.01g。各金屬加入時(shí)間間隔均為2min，中途連續(xù)攪拌。各金屬加入時(shí)，均采用鋁箔紙包住所添加的金屬，在加入時(shí)利用石墨攪拌棒將鋁箔壓入鋁液中，約5s后進(jìn)行順時(shí)針攪拌，攪拌3分鐘，然后靜置12分鐘，進(jìn)行鑄錠，待自然冷卻后脫模，壓片。

(2)將步驟(1)中壓片后的材料置于高溫管式爐中，在400℃下保溫60min，然后隨爐冷卻，封裝后得到鋁基制氫材料。

利用上述得到的鋁基制氫材料裂解水制氫，精確稱取1g鋁基制氫材料，利用實(shí)施例一種的裝置和方法進(jìn)行，待鋁基制氫材料反應(yīng)75min后，反應(yīng)停止。采用排水法測(cè)量上述鋁基制氫材料所產(chǎn)氫氣的量，通過(guò)計(jì)算得知，析氫率達(dá)100％。

由圖1可知，金屬鋁未被活化前，表面是一層氧化鋁膜包裹，使水與鋁無(wú)法接觸導(dǎo)致反應(yīng)不能正常進(jìn)行。

由圖2可知，反應(yīng)過(guò)程中，鋁表面產(chǎn)生缺陷，出現(xiàn)坑槽，說(shuō)明鋁表面已經(jīng)被破壞。

由圖3可看出，鋁表面已經(jīng)大部分被破壞，形成了大片的多孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)跟水的接觸，繼而置換出水中的氫離子，產(chǎn)生氫氣。還有一部分表面平整，表明鋁尚未被活化，導(dǎo)致鋁不能與水充分反應(yīng)。

圖4和圖5為坑槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也是與水直接接觸的晶體單元。

從以上實(shí)施例可看出，本發(fā)明的鋁基制氫材料成本低，析氫率高。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械球磨法，熔融法消耗活化金屬少，成品率高，冶煉周期短，配合冶煉工藝形成專門的生產(chǎn)線規(guī)模，大大節(jié)約了人力物力。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

1.一種鋁基制氫材料，其特征在于，以重量單位計(jì)，包括以下組分：

錫0.5-2.5份，鉍0.1-1.5份，鋅0.2-1.5份，鎂0.5-2.0份，鈣0.1-0.3份和鋁50-100份。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基制氫材料，其特征在于：還包括銻、鍶和鋰中的一種或幾種，其中，以重量單位計(jì)，所述鋁基制氫材料包括銻0.1-0.5份，鍶0.01-0.1份，鋰0.01-0.1份。

3.一種權(quán)利要求1或2所述的鋁基制氫材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將鋁在800-900℃下熔融，然后向得到的鋁液中加入除鋁之外的其他組分，加入之后攪拌混勻，攪拌時(shí)間為3-10min，然后靜置5-12min后鑄錠，冷卻；

(2)將步驟(1)處理后的材料在400～450℃下保溫50～60min，冷卻后得到所述鋁基制氫材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：在步驟(1)中，加入除鋁之外的其他組分時(shí)，所添加的組分的熔點(diǎn)依次升高。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：在步驟(1)中，加入除鋁之外的其他組分時(shí)，每次添加一種組分，且各組分的添加時(shí)間間隔1-2min。

6.一種裂解水制備氫氣的方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1或2所述的鋁基制氫材料進(jìn)行，包括以下步驟：

在密閉容器中，將所述鋁基制氫材料與水混合并發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生氫氣。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：反應(yīng)所使用的裝置包括循環(huán)冷卻發(fā)生裝置，所述循環(huán)冷卻發(fā)生裝置包括供電系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述供電系統(tǒng)包括燃料電池電堆(5)，所述水循環(huán)系統(tǒng)包括反應(yīng)罐(1)、水氣分離裝置(4)、過(guò)濾裝置(6)、循環(huán)水泵(7)、冷卻裝置(8)以及裝料包(2)，所述燃料電池電堆(5)一端的供電口分別與循環(huán)水泵(7)、冷卻裝置(8)的電源端口連接，同時(shí)所述燃料電池電堆(5)的另一端與水氣分離裝置(4)連接，組成供電來(lái)源端的回路，所述循環(huán)水泵(7)與過(guò)濾裝置(6)連接，所述反應(yīng)罐(1)分別與水氣分離裝置(4)、過(guò)濾裝置(6)、冷卻裝置(8)以及裝料包(2)注水口(3)連接；所述鋁基制氫材料與水在所述反應(yīng)罐(1)中進(jìn)行反應(yīng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)罐(1)上設(shè)有溫度傳感器、壓力表以及安全閥，所述反應(yīng)罐(1)內(nèi)設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，所述過(guò)濾網(wǎng)連接有裝料包(2)，所述裝料包(2)用于容置所述鋁基制氫材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于：反應(yīng)時(shí)間為70min以下。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于：所述鋁基制氫材料與水的質(zhì)量比為1:50-1:100。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一種鋁基制氫材料、其制備方法及裂解水制備氫氣的方法。以重量單位計(jì)，鋁基制氫材料包括以下組分：錫0.5?2.5份，鉍0.1?1.5份，鋅0.2?1.5份，鎂0.5?2.0份，鈣0.1?0.3份和鋁50?100份。本發(fā)明采用熔融法制備鋁基制氫材料，利用成本較低的金屬化合物來(lái)活化金屬鋁并阻礙鋁表面形成氧化膜，改變金屬鋁與水的反應(yīng)特性，大幅度降低制氫材料的生產(chǎn)成本，提高了制氫效率。

技術(shù)研發(fā)人員：夏麗君;李應(yīng)龍;郁立新;朱敏凡;藏志柱

受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州欣和智達(dá)能源科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.02.26

技術(shù)公布日：2021.06.01