[发明专利]轻金属高容量复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储氢材料领域，尤其涉及了一种轻金属高容量复合储氢材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求与传统能源的日益枯竭的矛盾日益突出，要实现可持续的发展，必须开发新的能源。氢能作为一种二次能源具有清洁无污染、能量转换效率高的优点，但是氢气的存储是氢能利用的瓶颈，所以开发高容量的储氢材料就成为氢经济的核心。迄今，储氢技术中的液氢、轻质高压容器以及金属氢化物系统均已在燃氢汽车或电动汽车上成功运行。上述三种储氢系统中金属氢化物的安全性最好、体积储氢密度最高，但传统金属的单位重量储氢密度均较低。LiBH₄由于它的理论储氢容量可达18.5wt%，被认为是最具发展潜力的轻质储氢材料之一，但是其苛刻的吸放氢条件和吸放氢动力学性能限制了其应用《ZUTTEL A, WENGER P, RENTSCH S, et al, Journal of Power Sources, 118(2003): 1-7.》。

近期的研究发现，相比于LiBH₄，LiBH₄/MgH₂复合材料储氢体系的放氢焓变由58.6 kJ/mol降低至39.8 kJ/mol。而且放氢产物中的硼源MgB₂的形式存在，大大的改善了吸氢条件，并且提高了体系的吸氢动力学性能《Vajo, J.J., S.L. Skeith and F. Mertens, Journal of Physical Chemistry B, 109(2005): 3719-3722.》。这个体系MgB₂的生成是保障系统可逆性能的关键所在，然而MgB₂的充分生成需要一个很长的孕育期，从而导致了放氢动力学性能的降低。所以大量的研究致力于缩短MgB₂的孕育期，从而提高体系的放氢性能，这些研究大多采用的是无机催化剂（如TiCl₃、TiF₃、NbF₅等）本身不具备储氢能力且分子量较大，加上在反应过程中催化剂与LiBH₄的反应，消耗了部分储氢材料，使得LiBH₄与MgH₂复合材料储氢体系的实际储氢容量有所降低。另一方面，TiCl₃、TiF₃、NbF₅等无机化合物催化剂的制备过程复杂、技术要求严格、价格昂贵，无法适应工业生产的规模化应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种在无需掺入催化剂的条件下保持硼氢化锂较高储氢容量的同时，明显改善其吸放氢性能的轻金属高容量复合储氢材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

轻金属高容量复合储氢材料，复合储氢材料由硼氢化物和镁基氢化物组成，所述硼氢化物和镁基氢化物的摩尔比为（4~5）:1。

作为优选，硼氢化物的化学通式为LiBH₄；所述镁基氢化物的化学通式为Mg₂MH_x；式中M=Fe、x=6，M=Co、x=5。

上述轻金属高容量复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：

1）按照镁基氢化物的化学通式Mg₂MH_x，以纯度为99%以上的Mg和M粉末为原料，Mg和M的摩尔比为2 : 1，将Mg和M粉末混合后在纯氢气气氛下球磨5~30h，球磨的气氛压力为0.5~2.5MPa，得到球磨预处理的MgH₂和M的混合物；

2）将预处理后的混合物置于高压反应釜中，温度从室温升至500^oC，初始氢压为5~12MPa，保温时间为5~48h；

3）称取LiBH₄和Mg₂ MHx粉末，摩尔比为（4~5）:1，均匀混合后在氢气气氛下进下球磨，球磨时间为0.5~20h，球磨气氛压力为0.5~2.5MPa。

作为优选，所述的氢气纯度大于99.99%。

作为优选，所述的M=Fe、x=6或M=Co、x=5。