[发明专利]新的储氢材料以及通过干式均化的制备方法

说明书

                        发明领域

本发明涉及可逆储氢领域，更具体地，本发明涉及作为可逆储氢材料的干式均化的金属氢化物，特别是氢化铝化合物，及其制造方法。

                       发明的背景

近几十年来，因为氢的来源丰富并且对环境有利，成为了未来的理想燃料。在使用氢作为燃料时的最大的困难是储氢问题。出于安全和体积限制的考虑，高压和低温储氢体系不能应用于汽车。已经付出很大努力以开发用于汽车用途的固体储氢体系。已经研究了金属氢化物、活性炭和纳米碳管作为氢载体。例如，已经研究了LaNiH₅，但是证明是不满意的，部分原因是因为其价格太高。遗憾的是，尽管近年来付出了很大努力，特别是在金属氢化物领域，尚未发现能够满足于商用汽车用途的、具有高氢的重量密度、足够的氢离解能量和低成本的材料。

已知的是，在中等温度范围内，NaAlH₄的脱氢过程是热力学有利的。脱氢过程是多步骤发生的，包括下面的方程式1和2的反应：

      (1)

        (2)

该方法的特征在于是一非常慢的动力学反应，并且只有在苛刻的条件下是可逆性的。因此，通常在考虑作为潜在的储氢材料时将NaAlH₄排除在外，尽管其具有5.6wt％的氢，并且在中等温度范围内是热力学可得到的。由于Bogdanovic和Schwickardi的近期发现改变了这一思想，其发现是，钛掺杂NaAlH₄增强了氢脱附作用(desorption解吸作用)的动力学，并且使脱氢(dehydriding)过程在中等条件下是可逆的。Bogdanovic发现一旦通过蒸发含2摩尔％四正丁氧化钛(Ti(OBuⁿ)₄)的NaAlH₄的醚悬浮液而湿式掺杂钛，开始初始脱氢的温度会降低约50℃。但是，该现有技术的方法受到很多限制。例如，温度仍相当高，并且该反应动力学仍不能产生适合于汽车实用用途的材料。

因此，还需要研究脱氢过程的动力学以产生适合于汽车实用用途的材料。感兴趣的研究是研究金属氢化物如NaAlH₄的可逆脱氢动力学。另外，如上的讨论表明，对于储氢和脱氢来说，需要存在安全、丰富、低成本和有效的材料以及制造方法。

                      本发明的概述

本发明提供了新的可逆储氢材料以及所述材料的制造方法，该材料易于低成本制造，原料丰富。

更具体地，本发明提供了一种新的干式掺杂方法，包括通过将金属铝氢化物粉末与过渡金属催化剂一起机械混合，如粉碎或者球磨而进行干式均化金属氢化物的步骤。该金属铝氢化物的通式是X₁AlH₄，其中X₁是碱金属；X₂(AlH₄)₂，其中X₂是碱土金属；X₃(AlH₄)₄，其中X₃是Ti、Zr或Hf；X₄AlH₆，其中X₄是碱金属；X₅(AlH₆)₂，其中X₅是碱土金属；X₆(AlH₆)₄，其中X₆是Ti、Zr或Hf；或者上述氢化物的任意组合。

本发明的另一方面，提供了用于储存和释放氢的材料，包括干式均化的材料，该材料具有在金属铝氢化物化合物上的、或者金属铝氢化物化合物的混合物上的过渡金属催化位点。

本发明人已经发现，本发明的金属铝氢化物与过渡金属催化剂的均化方法使得脱氢温度降低多达75℃，并且明显改善可循环的氢容量。这些发现说明了这类氢化物在储氢应用方面的新突破。特别是，这些发现能够开发用于驱动汽车的实用的储氢材料及方法，这些成就是迄今为止尚未实现的。