[发明专利]一种锂铝氮氢复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种固态储氢材料。

背景技术

随着国民经济的快速发展，能源短缺和环境污染问题已经越来越尖锐地摆在人们面前。许多国家都在积极进行能源结构调整，确保能源安全和国民经济可持续发展。由于氢具有高燃烧效率、燃烧产物洁净、资源无限、易于储存和低成本输送以及用途多样化等突出优点，氢能被认为是新世纪的重要二次能源。近年来，燃料电池和电动汽车快速发展有效地推动了氢能技术的发展。当前，解决经济、安全和高效储氢技术问题已成为氢能大规模应用的主要瓶颈问题。

气态和液态储氢是目前应用于储运氢的主要方式，但前者储氢密度低、压力高且安全性相对较差，后者则有能耗大、成本高和挥发损失等问题。利用储氢材料与氢反应生成氢化物的固态储氢方式，则可有效克服气、液储氢方式的不足，被普遍认为最具有发展前景。但是传统的金属氢化物的重量储氢量普遍较低，例如稀土系合金可逆储氢容量为1.4wt％，AB型和AB₂型储氢材料的可逆储氢容量低于2wt％，无法满足应用的要求。因此，研究开发各种新型高容量储氢材料一直是储氢材料领域的重要研究方向。

金属配位氢化物具有高的储氢容量，因而受到了广泛的关注。例如，NaAlH₄在温和条件下的理论储氢容量达到5.6wt％，但是目前实际能做到的可逆储氢量一般在3wt％左右；LiAlH₄和LiBH₄的储氢容量更高，分别达到7.9wt％和18wt％，但是它们都不能可逆吸放氢，不能满足实际应用的要求。研究开发具有高的可逆吸放氢容量的新型储氢材料已成为氢能领域的重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型且具有可逆吸放氢的锂铝氮氢复合物储氢材料及其制备方法。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：该锂铝氮氢复合储氢材料主要包括Li₃AlN₂、Li₂NH和LiH，所述Li₃AlN₂、Li₂NH和LiH的摩尔比为x∶y∶z，其中，x为1，y为0或1，z为1或2。

进一步地，本发明所述x∶y∶z为1∶0∶2或1∶1∶1。

进一步地，本发明所述复合储氢材料还包括催化剂，该催化剂相对于所述复合储氢材料的摩尔百分比为0～8％，所述催化剂为钛、钛的卤化物或铈的卤化物。

进一步地，本发明所述复合储氢材料在吸氢状态下的相组成为AlN、LiNH₂和LiH相，所述AlN、LiNH₂和LiH的摩尔比为a∶b∶c，其中，a为1，b为1或2，c为4。

进一步地，本发明所述a∶b∶c为1∶1∶4或1∶2∶4。

本发明锂铝氮氢复合储氢材料的制备方法主要包括如下步骤：

(1)将Li₃AlH₆和LiNH₂粉末按摩尔比1∶2～3均匀混合；

(2)将步骤(1)得到的粉末混合物与硬质磨球一起放入球磨罐中，将球磨罐密封后进行机械球磨，硬质磨球与Li₃AlH₆和LiNH₂粉末混合物的质量之比为30～90∶1，球磨气氛为真空、惰性气氛或氢气氛，球磨时间为0.6～5h；

(3)利用程序控温仪对步骤(2)得到的混合物进行一次由室温至500℃的加热放氢，获得锂铝氮氢复合储氢材料。

进一步地，本发明在所述步骤(1)中，Li₃AlH₆和LiNH₂的摩尔比为1∶2或1∶3。

进一步地，本发明在所述步骤(1)中，将催化剂与所述Li₃AlH₆和LiNH₂均匀混合在一起，该催化剂占Li₃AlH₆、LiNH₂和催化剂的总摩尔量的0～8％，所述催化剂为钛、钛的卤化物或铈的卤化物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)具有比传统储氢合金更高的储氢容量；(2)同时具有比配位氢化物更高的可逆重量储氢容量；(3)本发明的锂铝氮氢复合储氢材料的可逆重量储氢容量较高，能达到5.1wt％(相对于复合储氢材料)；起始放氢温度较低，在110℃左右，是一种具有广阔应用前景的新型储氢材料。

附图说明