[发明专利]金属锂基复合储氢材料及其制备方法与用途

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种金属锂基复合储氢材料及其制备方法与用途。

背景技术

氢能是洁净、理想的二次能源，大力发展氢能是解决化石燃料枯竭和环境恶化问题的重要途径，也是世界经济可持续发展的重大需求。随着制氢技术的不断成熟和燃料电池等用氢技术的快速发展，促进了氢能技术进步，但安全、高效的储氢技术瓶颈问题仍未得到有效解决。研究开发各种新型高容量氢化物一直是储氢材料领域的重要研究方向(L.Schlapbach，A.Züttel.Nature，2001，414(6861)：353-358.)。为满足氢能发展需要，许多国家都将高效储氢技术列为重中之重的研究课题。在现有储氢技术中，通过化学反应或物理吸附将氢气储存于材料中的固态储氢技术具有体积储氢密度高、安全性好等优势，因而被认为是最有前途的一种储氢方式。目前传统金属氢化物储氢合金(如AB、AB₂和AB₅型合金)在温和条件下的重量储氢量较低(＜3.8wt.％)；而新型的配位氢化物储氢材料虽具有高的储氢容量，但还存在放氢分解温度过高以及加氢条件苛刻等问题( B，Eberle U，Felderhoff M，Schüth F.Scripta Materialia，2007，56(10)：813-816.)，无法满足移动式氢源等应用的需求。如在配位硼氢化物中，LiBH₄是由电负性较小的金属离子Li⁺与正四面体离子[BH₄]^-所组成的离子型硼氢化物，正是这种离子型成键元素间的强化学键合作用，使得LiBH₄在高温度(例如：400℃)下才可能分解放氢，吸放氢反应动力学缓慢；并且LiBH₄分解放氢后的产物为LiH和单质硼，使其加氢条件苛刻(需在600℃以上、15.5-35MPa氢压下进行)。

目前储氢材料的常用的制备方法有合金熔炼法、冷凝甩带法、粉末烧结法、固相扩散法、气相沉积法、化学合成法等，而单纯采用这些方法制备的储氢材 料均不同程度地存在材料吸放氢活化困难、反应温度过高、吸放氢速度较慢等不足之处。此外，利用化学合成法制备的配位氢化物储氢材料一般需要在高温、高压条件下进行并使用易燃有机溶剂(如四氢呋喃、乙醚、丙酮等)，其工艺流程比较复杂、废液处理困难，且生产成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属锂基复合储氢材料，其解决了放氢温度要求过高、加氢条件苛刻等问题，并在较低温度下具有良好的可逆吸放氢性能。

一种金属锂基复合储氢材料，所述复合储氢材料包括金属锂基硼氢化物，其化学式为LiM(BH₄)₃(M＝Mg，Ca)。

进一步的，还包括催化剂，所述催化剂占所述金属锂基硼氢化物总量的0.5～10mol％，所述催化剂为Ti、Co、Ni、Nb、TiF₃、TiF₄、CoF₂、NiF₂、NbF₅、TiCl₃、TiCl₄、CoCl₂、NiCl₂和NbCl₅中的一种或至少两种的混合物。

更进一步的，所述催化剂占所述金属锂基硼氢化物总量的2～10mol％。

本发明的另一个目的是提供一种金属锂基复合储氢材料的制备方法。一种金属锂基复合储氢材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

a)将LiBH₄粉末与MgCl₂或CaCl₂按摩尔比为3∶1均匀混合，冷压成圆柱形块状样品；

b)将所述圆柱形块状样品放入高压反应釜中，抽真空至1.5×10^-2bar，通入1.5～30MPa纯度为99.0～99.99％的氢气；

c)加热所述反应釜至150～400℃温度范围中任意一个温度，并保温10～20h；

d)冷却所述反应釜中的样品至室温，并在惰性保护气氛下从所述反应釜中取出所述圆柱形块状样品，即合成获得金属锂基硼氢化物LiM(BH₄)₃(M＝Mg，Ca)。