[发明专利]一种金属硼氢化物复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种金属硼氢化物复合材料的制备方法，包括：将纳米金属硼化物与纳米氢化锂混合，在氢气气氛中进行吸氢反应，得到金属硼氢化物复合材料。与现有技术相比，本发明提供的金属硼氢化物复合材料中包含的LiBH₄原位生长于复合材料的表面，与金属硼化物具有良好的界面接触能力，复合材料具备良好的循环吸放氢性能。在此复合材料中金属硼化物具有双重作用，在吸氢过程中金属硼化物在氢气作用下与氢化锂反应生成LiBH₄；在放氢过程中，复合材料中残留的金属硼化物通过催化效应改善LiBH₄的储氢性能，从而该复合材料具有较低的放氢温度，适中的再氢化条件，以及优良的可逆吸放氢性能；本发明制备工艺简单、廉价，适合大规模工业化生成。

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，尤其涉及一种金属硼氢化物复合材料及其制备方法。

背景技术

固态储氢是氢能大规模商业化应用的关键科学问题之一。硼氢化锂(LiBH₄)作为一种新型轻质储氢材料，因其具有很高的理论储氢容量而成为储氢材料的研究重点对象，但硼氢化锂的热力学稳定性高，动力学性能差和不可逆性等缺点限制了它的实际应用。近年来研究人员采用了诸如掺杂催化剂、去稳定化、纳米限域和元素替代等方法使LiBH₄的储氢性能得到了较大幅度的改善。但是，其放氢温度仍需达到300℃以上，动力学性能较缓慢，并且可逆性较差。

研究人员通常采用球磨的方法直接在LiBH₄材料中掺杂金属氢化物、金属氧化物、金属卤化物等化合物，构建去稳定化复合材料体系，从而实现降低LiBH₄放氢温度，提高放氢动力学的目的。然而，通过引入金属氢化物，纳米尺寸效应的存在使得复合材料体系的循环动力学性能逐步恶化，并且某些去稳定化反应路径要求在氢背压的作用下才能有效实现吸放氢过程；通过引入金属氧化物和卤化物，由于放氢产物的高热力学稳定性，复合材料体系在温和的再氢化条件下不具备可逆性。而且，传统的掺杂方法大多采用机械球磨工艺，掺杂物在LiBH₄材料中分布不是非常均匀，两者的界面接触不是很好，这就制约了掺杂物对LiBH₄的去稳定化作用。此外，商业LiBH₄的制备工艺通常采用有机溶剂辅助的离子交换反应法，该法需要消耗大量的有机溶剂(如四氢呋喃)，并且对人体和环境存在危害。目前，研究人员开发出采用硼烷与金属氢化物进行气固反应制备LiBH₄的方法，但硼烷属于有毒气体，且热稳定性差。这些都限制了LiBH₄作为储氢材料的大规模应用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有较低放氢温度的金属硼氢化物复合材料及其制备方法。

本发明提供了一种金属硼氢化物复合材料，由纳米金属硼化物与纳米氢化锂经吸氢反应后制备得到。

优选的，所述金属硼化物选自硼化铁、硼化钛与硼化硅中的一种或多种。

本发明还提供了一种金属硼氢化物复合材料的制备方法，包括：

将纳米金属硼化物与纳米氢化锂混合，在氢气气氛中进行吸氢反应，得到金属硼氢化物复合材料。

优选的，所述纳米金属硼化物与纳米氢化锂的粒径各自独立地为200～500nm。

优选的，所述纳米金属硼化物中硼元素与纳米氢化锂中锂元素的摩尔比为(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。

优选的，所述混合的方法为球磨共混；所述球磨的时间为30～90min；所述球磨时料球比为1：(100～150)；所述球磨的转速为500～2000转/分钟。

优选的，所述吸氢反应的温度为200℃～400℃；所述吸氢反应的时间为8～24h；所述吸氢反应的吸氢氢压为5～20MPa。

优选的，所述纳米金属硼化物按照以下方法制备：