[发明专利]一种硼酸锂掺杂硼氢化锂的储氢复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，特别涉及一种储氢复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着社会经济的迅速发展，人类对能源的需求日益增加，导致化石燃料等不可再生能源日渐枯竭，能源危机日益严重。与此同时，化石燃料的大量使用也加剧了环境污染，严重威胁人类的生存环境。因此，在低碳和可持续发展的今天，新型绿色可再生能源的研究开发已经成为共识。

氢能由于其资源丰富、高能效、无污染的特点是将来代替化石能源的最理想的洁净能源之一。然而，由于氢的密度是所有元素中最小的，常温常压下为气体，所以其高密度储氢技术成为制约氢能发展的瓶颈之一。在众多轻质储氢材料中，LiBH₄的储氢容量达到18.5wt.％(质量分数)，受到了研究者的关注。但是，LiBH₄作为储氢材料存在两个主要问题：一是苛刻的放氢条件，初始放氢温度高于400℃，到600℃时只能放出约一半的氢；二是难于实现可逆，可逆温度高至600℃及氢压达35MPa。

中国专利(申请号：201310075690.2)公开了一种LiBH₄掺杂金属硫化物的储氢复合材料及其制备方法，该专利涉及的LiBH₄-20wt.％MoS₂储氢复合体系在两次吸氢测试中吸氢量相同，具有很好的循环可逆性，但是其操作温度高达550℃，不利于实际应用。在研究论文[X.B.Yu,D.M.Grant,and G.S.Walker.Dehydrogenation of LiBH₄Destabilized with Various Oxides.J.Phys.Chem.C,2009,113:17945-17949]中，LiBH₄在掺杂Fe₂O₃后，该储氢复合体系初始放氢温度低于100℃，在200℃时放氢量约有6wt.％，尽管放氢速率显著降低，但该体系吸氢性能差。

虽然上述制备的复合材料，使LiBH₄的储氢性能得到一定改善，但仍存在吸氢性能差或可逆条件苛刻等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够明显改善复合体系的可逆吸/放氢性能、大大提高吸/放氢速率的硼酸锂掺杂硼氢化锂的储氢复合材料及其制备方法。本发明主要是将Li₃BO₃和LiBH₄通过机械球磨处理，得到一种硼酸锂掺杂硼氢化锂的储氢复合材料。

本发明的硼酸锂掺杂硼氢化锂的储氢复合材料是由Li₃BO₃与LiBH₄组成，上述两种成分的质量比为Li₃BO₃:LiBH₄＝0.2:1～1:1。

上述硼酸锂掺杂硼氢化锂的储氢复合材料的制备方法是在氩气保护下，将LiBH₄与Li₃BO₃按照上述质量比混合均匀后，置于球磨罐中进行球磨处理，球磨时间为1～5h，球料比为10:1～40:1，转速为200～500r/min，球磨15min，间歇15min。待球磨结束后自然冷却至室温，在氩气保护下取出并进行密封包装，得到LiBH₄-Li₃BO₃储氢复合材料。

本发明具有以下优点：

1、本发明制备的LiBH₄-Li₃BO₃储氢复合材料，吸/放氢速率快，具有很好的可逆性能；作为固体氢源使用，在350℃下，3000s时能够放氢1.5wt.％，是纯LiBH₄的近四倍，同时，该复合材料具有优异的可逆储氢性能，在400℃和5.0MPa下，循环吸/放氢5次后仍保持3.2wt.％的吸氢量。

2、原料易得、成本低廉、制备工艺简单，有利于工业化批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的LiBH₄-Li₃BO₃储氢复合材料和LiBH₄的程序升温放氢(TPD)曲线对比图，其中：(a)-LiBH₄-Li₃BO₃；(b)-LiBH₄。