[发明专利]LiBH4/ RGO高储氢量复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储氢材料改性领域，提供了一种高容量低温放氢的LiBH₄/RGO高储氢量复合储氢材料及制备方法。

背景技术

经济的飞速发展促使世界对能源的需求正日益增加，但作为目前主要能源的化石能源却日趋枯竭，而且化石能源的大量使用造成严重的环境污染和气候异常，所以开发新型清洁能源是世界各国关注的重大问题。氢能由于燃烧过程中热效率高、无废气排放且产物是水等优点而成为21世纪极具发展潜力的一种新型清洁能源，在诸多领域（尤其是以氢氧燃料电池为动力的电动汽车方面）出现了大量的示范性应用。

燃料氢的储运技术已成为制约氢能发展的技术瓶颈。储氢方式主要有高压气态储氢、低温液化储氢和固态材料储氢三种方式。高压气态储氢和低温液化储氢存在安全性能差、能耗高、对储罐绝热性能要求高和成本高昂等问题，而固态材料储氢因具有无需高压及隔热容器、安全性好、成本低等优点而成为最有研究前景的氢气储运方式。

固态储氢材料根据吸/放氢的机理可以分为两大类：以物理吸附作用储氢的纳米碳、沸石、金属有机骨架化合物和以化学作用储氢的金属氢化物、储氢合金、轻金属配位氢化物。其中以AlH₄-和BH₄-等为基团的轻金属(如Li、Na、K、Be、Mg、Ca等)配位氢化物因储氢比容量大、安全度高、运输便捷等优点而成为氢燃料电池重要的供氢材料。在这些轻金属配位氢化物中，LiBH₄拥有很高的理论储氢容量(高达18.5wt.%)，理论上完全能满足车载动力氢源的要求（美国能源部要求2015年达到9.0wt.%）。但是纯LiBH₄的起始放氢温度高达400℃，即使温度升高到600℃也仅能放出8wt.%的容量，而且可逆吸氢的条件极其苛刻，需要在600℃和350atm氢压条件下吸氢。这就极大地限制了LiBH₄作为储氢材料的实际应用。

众所周知，纳米结构调整、阴/阳离子替代和催化剂掺杂是降低LiBH₄放氢温度和缓和其吸氢条件的好方法，而纳米结构调整的方法简单，效果最为显著。将LiBH₄均匀分散在具有尺寸可调孔径和高比表面积的纳米材料中是提高该材料放氢容量和降低其可逆充放氢条件的必要条件。

石墨烯（RGO）是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元。石墨烯拥有质量轻、高化学稳定性和高比表面积等优点。因此，石墨烯（RGO）可以作为分散LiBH₄的纳米材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有LiBH₄放氢温度过高等缺点，提供一种将LiBH₄均匀分散在具有孔径尺寸可调和高比表面积的RGO中的方法，制备LiBH₄/RGO高储氢量复合储氢材料。所制备的储氢材料能够在氢氧燃料电池、氢动力电池和氢的规模化运输等领域得到广泛的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LiBH₄/RGO高储氢量复合储氢材料，包括LiBH₄材料和RGO材料，RGO材料表面有密集的孔道，LiBH₄材料均匀分散在RGO材料的孔道中。

作为优选，所述的储氢材料的通式为x LiBH₄+(100-x)RGO，x的质量百分数为10~80wt%。

作为优选，所述的RGO是通过化学氧化还原法制备的。

作为优选，所述的RGO具有2~10nm的孔径、800~2540m²/g的比表面积和0.08~1.9cm³/g的孔容。

前述的LiBH₄/RGO高储氢量复合储氢材料的制备方法，是将LiBH₄和RGO均匀混合后，在惰性气体保护气氛和无水无氧条件下采用熔体渗透法将LiBH₄均匀分散在化学氧化还原法制备的RGO的孔道中。

进一步地：所述的熔体渗透法具体步骤为先将RGO和LiBH₄混合均匀后置于一不锈钢反应釜中，然后充入初始压强为20~200atm的H₂，再将混合样品以1~5℃/min的速度加热到270~350℃，保持5~60min，然后冷却到室温，释放H₂，取出样品。