[发明专利]一种硼氢化锂水解发生氢气的方法及其反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及微型燃料电池氢源使用技术领域，具体涉及一种硼氢化锂水解发生氢气的方法，以及该方法所使用的反应装置。

背景技术

近些年来，国家提出积极开发利用新能源的战略发展计划，加大了对新能源领域的财政、政策扶持力度，旨在减少温室气体排放，解决环境问题，同时应对能源危机，实现经济、生态统筹协调发展。新能源领域的核心技术之一：燃料电池技术因而得到了飞速的发展。燃料电池不仅可作为大型的动力电源使用，也可用作小型的便携式电源，如膝上电脑、移动通讯等等。但一直以来，燃料电池应用最大的障碍氢的储运始终未能得到有效解决。尤其对于便携式燃料电池来说，这一矛盾愈加突出。

化学氢化物 (如NaH、LiH、NaBH₄)水解发生氢气是一种方便、实用、且能有效制备高纯度氢气的新型氢气发生技术。这种技术产生的氢气纯度高，可直接作为燃料电池的氢源。然而LiH、NaH和水反应过于剧烈，因此NaH表面要涂上一层树脂以减少和水反应的接触面积。LiH要和轻质矿物油混合调成浆状，在常温常压下和水反应才能平缓。NaBH₄较之稳定且容易操作，因此是目前研究者普遍采用的制氢技术路线。然而NaBH₄和水反应放氢化物中的氢并不能完全释放，NaBH₄会在固体反应产物中残留，反应放氢速率低，需要催化剂加速。NH₃BH₃体系水解发生氢气也是目前研究比较热门的水解材料之一。因为NH₃BH₃有效氢容量为5.8wt%，且NH₃BH₃在常温下可与水形成稳定溶液方便储运。然而催化引发NH₃BH₃水解发生氢气的催化剂多是贵金属材料，其制备成本较高，且循环次数不理想。Kojima等以固定的H₂O/LiBH₄比例反应研究了LiBH₄水解行为发现其放氢量为1.3mol/mol，然而氢气发生速度太快无法控制。Zhu等研究发现LiBH₄水解不能完全释放化合物中的氢。稳定硼氢化物常用的化学试剂是NaOH，然而在NaOH溶液中LiBH₄仍然不稳定，Kreevoy 等研究认为硼氢化物在强碱性溶液中存在半衰期，会缓慢反应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硼氢化锂水解发生氢气的方法，该方法制备氢气时放氢效率高、放氢过程稳定可控、适用于微型燃料电池氢源使用。

本发明所采用的技术方案为：一种硼氢化锂水解发生氢气的方法，该方法包括以下步骤：将硼氢化锂（LiBH₄）溶于不会在质子交换膜燃料电池膜上吸附从而造成电池性能下降的有机溶剂形成有机饱和溶液或有机悬浊液（或称名浆液），然后通入液态水使

硼氢化锂与液态水发生水解放氢反应，通过调节硼氢化锂溶于有机溶剂的浓度实现反应放氢速率的调节，最终使使硼氢化锂中的理论氢含量完全释放。

作为优选，所述不会在质子交换膜燃料电池膜上吸附的有机溶剂为乙醚、壬烷。

作为优选，所述有机悬浊液的浓度区间在有机饱和溶液到10 molL^-1之间。

LiBH₄的理论氢含量为18.5wt%，并且可以通过热解和水解，以氢气的方式释放化合物中的氢，因此可以用来实现作为燃料电池氢源的制氢材料。

本发明发明人经研究发现，LiBH₄和乙醚等有机溶剂分子间能形成弱的相互作用，在这种作用下，LiBH₄的水解过程可用下面方程式表示：

LiBH₄ + Organ → LiBH₄·[Organ]                                  (1)

LiBH₄·[Organ] + 4H₂O → LiBO₂·2H₂O + 4H₂ + Organ                 (2)