[发明专利]一种改善硼氢化锂储氢性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种改善硼氢化锂储氢性能的方法。

背景技术

与其它能源形式相比，氢能具有洁净、热值高、来源广泛、利用途径多等优点，它的开发和应用是解决能源危机和环境污染的最佳选择之一。在整个氢能系统中，氢的储存是氢能应用的关键，也是目前限制氢燃料电池汽车商业化的主要技术难点之一。与低温液态和高压气态储氢技术相比，利用储氢材料与氢的相互作用进行氢的固态储存具有安全、高效和经济的优点，因而成为最具应用价值的一类储氢技术。

目前，实用性能良好的储氢合金（如AB₅型合金）的有效储氢密度较低，无法满足氢燃料电池汽车的应用要求，轻质金属硼氢化物和铝氢化物成为近年来研究的热点。其中，硼氢化锂（LiBH₄）具有高达18.5 wt.%的储氢容量，可满足车载氢源中长期研发目标，是一种极具应用潜力的储氢材料。但是，由于硼氢化锂构成元素原子间的强化学相互作用，其车载储氢应用存在严峻的热力学与动力学问题，即：(1) 放氢温度高，当温度高于400 °C时才会有明显的放氢，600°C时也只能释放约一半的氢；(2) 可逆性差，其再吸氢过程往往需要高至600°C和35 MPa氢压的条件 [S. Orimo, Y. Nakamori, G. Kitahara, et al., J Alloys Compd., 2005, 404-406, 427]。

添加某些金属氢化物或金属单质（包括MgH₂，CaH₂，CeH₂和Al等）来改变硼氢化锂的放氢路径（即形成金属硼化物）可实现硼氢化锂放氢温度的降低和可逆吸氢性能的提高，是改善硼氢化锂储氢性能的方法之一。然而，基于上述方法所构建的MH_x（或M）/硼氢化锂（M为金属，x为M的价态）复合体系的放氢/再吸氢的温度仍然偏高，速率仍然偏低 [J. J. Vajo, S. L. Skeith, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 3719; J. Yang, A. Sudik, C. Wolverton, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 19134; J. Lim, J. Shim, Y. Lee, et al., Int. J. Hydrogen Energy, 2010, 35, 6578]。

发明内容

本发明针对现有硼氢化锂固态储氢技术的不足，提供了一种改善硼氢化锂储氢性能的方法。

本发明方法具体内容如下：

在真空或惰性气氛下，将硼氢化锂与碱土金属-铝氢化物混合，然后将混合后得到的混合粉末在120-290°C进行加热，使碱土金属-铝氢化物先行分解成碱土金属氢化物、铝或铝合金，所述硼氢化锂与碱土金属-铝氢化物的摩尔比为（2~10）:1。

所述的碱土金属-铝氢化物为MgAl₂H₈、CaAl₂H₈、CaAlH₅、Sr₂AlH₇和SrAl₂H₂中的一种。

本发明方法通过碱土金属-铝氢化物的原位和协同催化作用来改善硼氢化锂储氢性能的方法。一方面，在硼氢化锂和碱土金属-铝氢化物混合粉末热解放氢过程中，碱土金属-铝氢化物先行分解并生成碱土金属氢化物、铝或合金，这些原位形成的催化相表面新鲜且均匀分散在硼氢化锂颗粒上，从而大大提高了反应原子的扩散能力和接触界面，这有利于改善硼氢化锂的放氢和再吸氢动力学；另一方面，在硼氢化锂/碱土金属-铝氢化物复合体系放氢过程中，构成碱土金属-铝氢化物的两个金属组元（碱土金属和铝）均能与硼结合形成相应金属硼化物，从而对硼氢化锂的放氢和再吸氢起到了协同催化作用。上述碱土金属-铝氢化物对硼氢化锂的吸放氢所提供的原位和协同催化的双重作用是其它金属氢化物或金属单质所不具有的，从而使得硼氢化锂/碱土金属-铝氢化物复合体系具有比硼氢化锂/碱土金属氢化物或硼氢化锂/铝复合体系更好的储氢性能。

本发明具有以下优点：

(1) 对硼氢化锂的放氢和再吸氢而言，本发明使用的碱土金属-铝氢化物起到了其它金属氢化物或金属单质所不具有的原位和协同催化的双重功效，从而使得硼氢化锂具有更低的放氢温度和更高的吸放氢速率。