[发明专利]一种多元轻质配位氢化物储氢材料及其制备方法与用途

说明书

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，尤其涉及了一种多元轻质配位氢化物储氢材料及其制备方法与用途。

背景技术

随着化石能源的不断消耗及其对环境污染的不断加重，开发出清洁新能源以取代化石能源已成为世界各国的共识和重要研究内容。氢能由于其资源丰富、无污染的特点，是高效、洁净的新能源，而储氢材料因其能可逆地吸放氢大量氢气而成为氢能大规模应用的重要研究对象（L. Schlapbach, A. Züttel. Nature, 2001, 414(6861): 353–358.）。德国研究者发现，轻质NaAlH₄、Na₃AlH₆配位铝氢化物可在较为温和条件下实现可逆吸放氢反应（B. Bogdanovi?, M. Schwickardi. Journal of Alloys and Compounds, 1997, 253–254: 1–9.），这为高容量金属配位氢化物的发展开创了新方向。由于NaAlH₄体系的理论储氢容量只有5.6 wt.%，而添加催化剂后其实际储氢容量不足5.0 wt.%，无法达到实际应用的要求。此外，研究报道其它高容量配位氢化物还有LiAlH₄和Mg(AlH₄)₂（实际储氢量分别为7.9 wt.%和7.0 wt.%），但由于这两种配位氢化物的稳定性较低，在室温下容易自发分解而导致其实用性不佳（M. Fichtner, J. Engel, O. Fuhr, O. Kircher, O. Rubner. Materials Science and engineering B, 2004, 108: 42–47）。

当前，储氢材料的常规制备方法有粉末烧结法、合金熔炼法、冷凝甩带法、固相扩散法、气相沉积法、化学合成法等。然而，单独采用上述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、反应条件苛刻、吸放氢动力学差等不足之处。因此，开发新型储氢材料体系并优化改善材料的制备方法是加速高容量储氢材料实用化进程的首要任务。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型多元轻质储氢材料及其制备方法，克服了现有配位氢化物储氢材料吸放氢性能的不足，该储氢材料能够在氢的储存器、燃料电池供氢源和氢的规模化储运等领域得到广泛应用。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种多元轻质配位氢化物储氢材料，其化学通式为MCaAlH₆，式中M为碱金属元素Li和Na中的任一种。

实施上述的多元轻质配位氢化物储氢材料的制备方法，它包括以下步骤：

(1) 在惰性气体保护气氛下，将碱金属氢化物MH和纯Al粉末按照3 : 1的摩尔比均匀混合后，将混合粉末置于球磨机的球磨罐中，并对球磨罐密封后真空脱气；

(2) 在球磨罐中注入2?50ml的四氢呋喃，再充入0.5?8MPa压力的氢气；球磨罐在球磨机上球磨2?30h，即可获得M₃AlH₆中间氢化物；

(3) 将(2)中球磨罐的氢气放出后，再加入与所合成M₃AlH₆等摩尔量的无水CaCl₂粉末，密封球磨罐后再球磨10?50h，可获得MCaAlH₆配位氢化物与MCl副产物；

(4) 对(3)所得到的反应产物进行蒸馏、过滤、提纯，除去MCl副产物，得到MCaAlH₆多元轻质配位氢化物。

作为优选，所述的M为碱金属元素Li。

作为优选，所述的M为碱金属元素Na。

作为优选，所述的球磨过程的球料比为10~40: 1，球磨机转速为200~500 rpm。