[发明专利]一种合成钾硅储氢合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种合成钾硅（KSi）储氢合金的方法，特别是利用高压辅助和自提纯技术来合成高纯钾硅（KSi）储氢合金的方法。

背景技术

氢能由于燃烧效率高，燃烧产物无污染等优点而成为现今绿色能源研究的热点之一。氢能主要有三种存储方式：高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。与传统的高压气态储氢和低温液态储氢相比，固态储氢具有存储密度高、安全、便携等优点，是一种高效的储氢技术。[1,2]但是，现已开发的储氢材料因工作温度偏高或可逆循环吸放氢稳定性差等问题，难以满足实际应用的要求。因此，开发可在中低温放氢的高容量储氢材料成为国内外研究的重点。

目前正在研究的储氢材料主要分为三种：配位络合氢化物（如LiBH₄和NaAlH₄）、化学储氢储氢材料（如NH₃BH₃）和金属氢化物（如LaNi₅H₆和MgH₂）。配位络合氢化物、化学储氢储氢材料虽具有较高的重量储氢密度（6-13 wt%），但它们的应用却受制于脱氢温度过高、脱/加氢速率慢和可逆性差等问题。[3,4]而传统的金属氢化物中，除了镁及镁基合金氢化物外，其他金属氢化物的储氢容量一般较低（< 2 wt%）。[5-7]镁和镁基合金氢化物虽然具有较高的储氢容量（4-7 wt%），但其脱加氢反应温度高，脱氢动力学性能差等问题阻碍了其实用化。[8,9]近来研究发现，M-Si-H（M = Li、Mg和K）合金氢化物具有较高的储氢容量和相对适宜的脱加氢温度，尤其是其中的KSiH₃更具有良好的可逆吸放氢性能。[10-12]KSiH₃具有4.3 wt%的储氢容量，可在150-300 ℃范围内可逆、稳定吸放氢，是一种性能优良的储氢材料。目前针对KSiH₃合金的储氢性能研究较少，主要是因为金属钾和金属硅的熔点差距大且钾的饱和蒸汽压高等问题导致KSi合金难以通过熔炼法合成。目前合成KSi合金的方法主要采用化学法，即在零下78 ℃，硅烷（SiH₄）和金属钾在乙二醇二甲醚中反应形成KSi合金。[13]化学法合成KSi合金需要低温和有机溶剂，成本高，提纯步骤复杂，不利于大规模生产。开发一种简易、可规模化生产的合成KSi合金的方法可极大促进KSi合金储氢性能的研究，加速其实用化进程。

参考文献：

(1)     Schlapbach, L.; Zuttel, A. Natrue2001, 414, 353.

(2)     Crabtree, G. W.; Dresselhaus, M. S.; Buchanan, M. V. Phys. Today2004, 57, 39.

(3)     Staubitz, A.; Robertson, A. P. M.; Manners, I. Chem. Rev. 2010, 110, 4079–4124.

(4)     Dornheim, M.; Doppiu, S.; Barkhordarian, G.; Boesenberg, U.; Klassen, T.; Gutfleisch, O.; Bormann, R. Scripta Mater. 2007, 56, 841–846.

(5)     Gamo, T.; Moriwaki, T.; Yanagihara N.; Iwaki, T. Int. J. Hy-drogen Energy1985, 10, 39.

(6)     Latroche, M.; Baddour-Hadjean, R.; Percheron-Guégan, A. J. Solid State Chem.2003, 173, 236.

(7)     Klyarnkin, S. N.; Verbetsky, V. N.; Demidov, V. A. J. Alloys Compd.1994, L1, 205.