[发明专利]一种NaBH4

说明书

本发明公开了一种NaBH₄海绵及其制备方法，将过渡金属盐催化剂与NaBH₄材料混合，并同时溶解于胺类有机溶剂中，均匀混合，填充于海绵内部，待所述海绵中溶剂完全去除后，得到NaBH₄海绵，所述NaBH₄材料和所述过渡金属盐催化剂在纳米尺度上均匀混合于所述NaBH₄海绵内部。向NaBH₄海绵加水时，NaBH₄在催化剂的作用下迅速发生水解反应，海绵的吸水作用能够使水快速有效的传输，体系中各部分与水均匀接触，使得产生氢气的速率更加稳定。

技术领域

本发明属于储氢技术领域和燃料电池领域，具体涉及一种内部同时均匀填充固体硼氢化钠和金属催化剂的NaBH₄海绵及其制备方法。

背景技术

储氢技术是决定氢燃料电池应用前景的重要关键技术之一。NaBH₄是一种极具潜力的储氢材料，用于水解制氢，具有理论储氢密度高、制氢条件温和、反应容易控制等优势，非常适用于中小型燃料电池的供氢。

将NaBH₄溶解在碱溶液中，能够稳定保存。利用Fe、Co、Ni等过渡金属催化剂，可以催化NaBH₄水解。故通常以碱性水溶液的形式储存NaBH₄，然后将其加入负载了过渡金属催化剂的固定床反应器，进行水解制氢。反应速率主要由通过固定床的NaBH₄溶液的流速控制，固定床通常采用多孔陶瓷或聚合物作为载体。整个供氢系统通常由燃料箱、水泵及控制器、反应器、气液分离装置、除水装置等构成。

上述方法除了受限于辅助装置，主要受限于NaBH₄及其水解产物 NaBO₂·xH₂O(x＝0，2，4)的溶解度(标准状态下100g H₂O可溶解55g NaBH₄)，因此体系整体质量储氢密度不高。由Millennium Cell公司所研发的65kW NaBH₄供氢系统其整体质量储氢密度在理想情况下也仅有3.2％，难以满足燃料电池的用氢需求。

近年来，包括本发明课题组在内的一些研究单位，提出以固体而非溶液的形式储存NaBH₄。此法不直接受限于NaBH₄溶解度，并解决了携带大量水解用水的问题，能够提高系统整体的储氢密度。一种常用方法是将NaBH₄固体与无水的过渡金属盐进行机械混合，在向材料体系加水时过渡金属被原位还原形成具有催化活性的金属纳米颗粒或金属硼化物纳米颗粒。

上述制备方法存在的问题是：通过简单的机械混合很难使催化剂与NaBH₄充分接触，在加水反应时会有部分NaBH₄接触不到催化剂无法有效放氢。另一方面，当固体材料堆积较为紧密时，加入的水在材料中的运动会受到阻碍，同样会使部分反应物无法接触水而放氢不完全。

在专利CN106495096B中公布了一种新型的固体硼氢化钠水解制氢材料，制备方法是将负载有过渡金属的海绵颗粒与NaBH₄固体进行混合，该方法在一定程度上解决了水解反应中水传输的问题，但是海绵颗粒与硼氢化钠粉末通过简单的机械混合仍然难以均匀混合，NaBH₄与过渡金属接触不充分的问题仍然没有很好的解决。此外大量NaBH₄的粉末位于海绵颗粒外部，使材料整体的振实密度很低，导致用于水解制氢时的体积密度降低。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种NaBH₄海绵及其制备方法，解决了固相水解材料混合不均匀、反应不充分以及海绵单一负载催化剂振实密度低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的一种NaBH₄海绵的制备方法，包括以下步骤：