[发明专利]掺杂的储氢材料

说明书

技术领域

本发明提供了掺杂的储氢材料，这样的材料用于储氢的用途以及使用根据本发明的掺杂的储氢材料用于可逆地解吸和/或吸收氢的方法。

背景技术

近年来，以金属氢化物的形式储氢已经引起了大量关注。在金属氢化物中储氢基于化学吸附，即不是分子的氢(H₂)被储存，而是氢与金属反应以形成金属氢化物。以金属氢化物的形式储氢具有优于例如以液体或压缩状态储氢的益处，因为其不需要使用低温或过大的压力。

在US 6,106,801中公开了可用于储氢的Ti掺杂的NaAlH₄组合物。US 6,106,801公开了通过用Ti掺杂NaAlH₄，氢解吸温度从约200℃降至140℃。然而，Ti掺杂的NaAlH₄可以包括至多为每重量储存材料的约5wt％的最大储氢密度的氢原子。

Chlopek等提出(J.Mater.Chem.，2007，17，3496-3503)，合适的替代将是使用四氢化硼酸镁，即Mg(BH₄)₂。基于氢化物的重量，这种氢化物可以包含至多14.9wt％的氢。然而，氢解吸的开始温度是高的，在氢从氢化物中释放之前典型地需要温度高于290℃。

Li等(Li et al.，Dehydriding and rehydriding processes of well-crystallised Mg(BH₄)₂ accompanying with formation of intermediate products，Acta Mater(2008)doi10.1016/j.actamat.2007.11.023)显示，可以使结晶良好的Mg(BH₄)₂脱氢。在第二步骤中，通过在543K的温度和40MPa的压力下将脱氢的、结晶良好的Mg(BH₄)₂置于氢气中48小时，使脱氢的Mg(BH₄)₂再氢化。在第三，脱氢步骤中，可以从在第二步中再氢化的材料中获得6.1质量％的氢。在第二步骤的再氢化期间，在6.1质量％中，3.9质量％归因于MgH₂的形成。Li等人的方法的缺点是，这种仅适度的再氢化在严格的压力和温度条件下进行延长的时间。而且，在再氢化期间形成MgH₂是不期望的。MgH₂具有比结晶良好的Mg(BH₄)₂低得多的储氢容量。

在储氢材料领域，仍然存在对于在低的氢吸收和释放温度以及温和的再氢化条件下允许可逆储氢的需要。

发明概述

现在已发现可以制备掺杂有过渡材料的包含Mg和B的储氢材料，所述储氢材料可以可逆地脱氢并在温和的再氢化条件下得到再氢化。

因此，本发明提供符合以下通式的掺杂的储氢材料：

Mg_x B_y M_z H_n，

其中：

(i)x/y的比率为0.15-1.5；

(ii)z为0.005-0.35；

(iii)x+y+z等于1；

(iv)M＝一种或多种选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的金属；

(v)n不大于4y；并且

其中x/y不等于0.5且掺杂的储氢材料的至少部分是无定形的。

本文中所称的掺杂是指加入一定量的其它材料。

根据本发明的掺杂的储氢材料展示了相应氢化物的氢解吸的开始温度，该温度与Mg(BH₄)₂相比显著地降低。

本文中所称的氢解吸的开始温度是指观察到氢解吸的最低温度。在更进一步的方面，本发明涉及根据本发明的掺杂的储氢材料用于储氢的用途。

在又一方面，本发明涉及使用根据本发明的掺杂的储氢材料用于可逆地解吸和/或吸收氢的方法，包括：

a)通过从掺杂的储氢材料中解吸氢来使掺杂的储氢材料脱氢，从而获得氢气和部分地脱氢的掺杂的储氢材料，其中所获得的部分地脱氢的掺杂的储氢材料包含可以储存在掺杂的储氢材料中的原子氢最大量的至少10原子％，特别地是至少30原子％，更特别地是至少50原子％；和