[发明专利]一种轻质气固储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储氢材料及其制备方法，特别是一种轻质气固储氢材料及其制备方法。

背景技术

氢能具有资源丰富、无污染、可再生等优点，是理想的绿色能源之一。目前，世界上许多国家都在加紧部署和实施氢能战略，如美国的“Future Gen”计划、欧洲的“Framework”计划以及日本的“New Sunshine”计划等。然而氢能作为一种新的能源至今没有商业化，根本的制约在于氢的安全、规模储运等问题尚未解决。因此，开发储氢量高、安全性好的储氢材料一直是实现其应用的关键技术之一。一个理想的储氢材料应具备以下特征：高存储容量、工作温度适中、快速的吸放氢速度、较高的可逆性、较低的成本和绿色环保。高压压缩储氢和低温液体储氢技术不能满足车载储氢所要求的安全、高效和低成本等要求，固态储氢由于储氢密度高，而且安全性好，运输便利，从而为氢能的应用开辟了一条新的途径。

Li-N-H储氢体系储氢容量大（Li₃N理论储氢量可达10.4wt.%）、可逆性好、吸放氢温度温和，是最有希望应用于车载储氢材料体系之一。然而，Li-N-H储氢材料由于吸放氢速度低、循环性能差而限制了其应用。为了改善Li-N-H储氢材料的动力学性能及循环稳定性，一般使用如下方法：1）改变原料配比，使Li₃N或LiNH₂过量；2）减小材料颗粒尺寸，使之纳米化；3）添加催化剂，以提高吸放氢速度。尽管上述三种方法均能在一定程度上改善吸放氢动力学性能和循环性能，但效果仍不显著。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种放氢速度快、循环稳定、适合用于氢的安全、高效储运的轻质气固储氢材料，其制备方法工艺简单、易于操作、球磨过程中无粉体附壁结块现象。

本发明的技术方案：

一种轻质气固储氢材料，由Li-N-H复合储氢材料和亚磷酸三苯酯（TPP）组成，其中亚磷酸三苯酯（TPP）的质量百分比为5-30%，所述Li-N-H复合储氢材料为活性材料，由等摩尔比的氮化锂(Li₃N)和氨基锂(LiNH₂)组成，所述亚磷酸三苯酯（TPP）为非活性材料。

一种所述轻质气固储氢材料的制备方法，采用高能球磨法制备，步骤如下：

1）在氩气气氛保护下，将等摩尔比的Li₃N与LiNH₂置于球磨罐中，均匀混合后加入TPP；

2）在氩气气氛保护下，在球料比为10-60：1和转速为100-450转/分钟的条件下球磨2-50h，即可制得轻质气固储氢材料。

所述球磨罐中球的规格为Ф6mm、0.9g/个和Ф10mm、4.0g/个，其数量比为3:1。

本发明采用高能球磨法，目的是使材料纳米化、粒度均一、提高活性。然而，球磨过程中，易发生粉体附壁结块现象。另外，Li-N-H储氢材料在吸放氢循环过程中易出现烧结现象，导致放氢速度及循环性能降低。为了解决上述问题，须在球磨过程中加入一种物质，该物质需具有以下几个基本性质：1）常温下为液态，以抑制球磨过程中附壁结块现象；2）沸点要高于300℃，以防止在吸放氢过程中气化；3）球磨及吸放氢过程中为惰性。

本发明中所述的亚磷酸三苯酯（TPP）熔点为22-24℃，室温时为无色或淡黄色透明油状液体，沸点为360℃，符合上述要求。主要效果有三个：1）在球磨过程中，TPP起到了防黏剂的作用，抑制了在球磨过程中出现的粉体附壁结块现象，使球磨过程连续高效；2）TPP在球磨过程中起到了分散剂的作用，提高了球磨效果，所得材料粒度均匀；3）在吸放氢过程中，TPP有效防止了Li-N-H储氢材料的烧结结块现象，从而提高了其放氢动力学性能及循环稳定性。

本发明的优点是：该轻质气固储氢材料放氢速度快、循环稳定、适合用于氢的安全、高效储运；其制备方法工艺简单、易于操作，TPP的加入消除了球磨过程中粉体附壁结块现象，降低了Li-N-H材料的放氢温度，并且有效防止了Li-N-H材料在吸放氢循环过程中的烧结现象，显著提高了其放氢动力学性能及循环稳定性。

附图说明

图1为Li₃N-LiNH₂球磨10h后样品的X射线衍射（XRD）图，其中：（A）为未添加TPP；（B）为添加20wt.%TPP。