[发明专利]一种金属氨基硼烷复合储氢材料

说明书

本发明公开了属于固态氢气储存材料技术领域的一种金属氨基硼烷复合储氢材料。所述金属氨基硼烷复合储氢材料由α‑LiNH₂BH₃相、LiH相和储氢合金氢化物相组成，以LiH、NH₃BH₃和储氢合金为原料经原位金属化复合球磨制备而成，NH₃BH₃、LiH、储氢合金的摩尔比为1:(1.01～1.05):(0.1～0.5)。所述金属氨基硼烷复合储氢材料相较于氨硼烷、金属氨硼烷可在室温附近快速放氢、具有更快的放氢动力学、无杂质气体产生，且具有制备工艺简单、效率高的优点，可用于燃料电池高安全高密度固态氢源。

技术领域

本发明属于固态氢气储存材料技术领域，尤其涉及一种金属氨基硼烷复合储氢材料。

背景技术

氢在目前的全球能源系统中扮演着及其重要的角色，轻质高容量的固态储氢材料可以满足氢的安全储存和输运需求。但在实际应用过程中，这些固态储氢材料往往存在放氢温度高，放氢容量小的温度，难以满足实际生产的需要。因此，亟需找到制备容量高，放氢条件温和的固态储氢材料的方法，以期满足储氢材料在燃料电池领域的应用要求。

目前，氨硼烷作为化学储氢材料的代表，本身具有高达19.6wt％的质量储氢密度，体积储氢密度146gH₂/L，初始放氢温度约为75℃，在150℃下可以放出12.5wt％氢气；满足了多项2015年美国DOE提出的用于轻型燃料电池车辆的车载氢气储存技术目标。但要用于实际生产应用仍存在放氢温度偏高，放氢动力学缓慢以及放氢过程存在有害副产物，目前广泛应用的改进氨硼烷放氢性能的方法是通过加入碱/碱土金属氢化物合成金属氨基硼烷，但这种方法得到的储氢体系的放氢温度仍偏高，放氢产物中仍存在少量NH₃、B₂H₆等杂质气体。此外，通过添加过渡金属及其合金等方法达到催化放氢的作用，但由于催化添加物不参与体系放氢，从而造成储氢密度下降、放氢动力学慢的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种金属氨基硼烷复合储氢材料，所述原料为NH₃BH₃、LiH及储氢合金的复合球磨产物；其中NH₃BH₃、LiH、储氢合金的摩尔比为1:(1.01～1.05):(0.1～0.5)；

所述储氢合金为TiMn₂系、Ti-V系、Ti-Fe系储氢合金的一种或两种。

所述金属氨基硼烷复合储氢材料采用原位金属化复合的方法得到，将所述原料在氢气气氛下球磨，气氛压力为8～10bar，球料比为50:1，球磨转速为0～400r/min，累计球磨时间为8～10h，采用温压监控通过球磨转速调控球磨罐温度≤30℃。

所述金属氨基硼烷复合储氢材料由α-LiNH₂BH₃相、LiH相和金属氢化物相组成。

所述金属氨基硼烷复合储氢材料在50℃，30min内放出高于5wt％的氢气。

金属氨基硼烷复合储氢材料的物相设计包括：所述金属氨基硼烷复合储氢材料由α-LiNH₂BH₃相、少量LiH相和金属氢化物相组成，纯α-LiNH₂BH₃相相比α、β复合相具有更优的放氢动力学和热力学，且无副产物NH₃、B₂H₆生成；少量LiH相的存在有利于催化α-LiNH₂BH₃的放氢；TiMn₂系、Ti-V系、Ti-Fe系储氢合金氢化相具有较强的脆性和硬度，可在温和条件下吸放氢，大幅提升球磨效率，并作为氢泵促进α-LiNH₂BH₃的放氢；