[发明专利]储氢和输送材料

说明书

本发明提供了新型二胺‑单硼烷液体有机氢载体，其储氢能力至少与现有技术的氢载体相当。本发明的新型二胺‑单硼烷提供优于现有技术的优点，包括由于以下各项带来低成本：二胺与硼烷络合物之间的简单的一步化学合成方法，以及原料比现有技术便宜。本发明的新型二胺‑单硼烷提供优异的脱氢性能。由于存在廉价且易于获得的商用催化剂，在环境温度和压力下以高氢纯度发生脱氢。所得的1,3,2‑二氮杂硼烷(环状二氨基硼烷)易于氢化以生成本发明的新型二胺‑单硼烷。本发明还提供了本发明的二胺‑单硼烷在燃料电池或便携式电池或与氢燃烧发动机一起安装的电池中的用途。其他用途涉及沿管道输送和在油轮中输送。

本申请要求于2016年12月15日的澳大利亚临时专利申请号2016905200的优先权和权益，该申请通过交叉引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明涉及储氢材料，并且更具体地涉及基于单硼烷，特别是二胺-单硼烷的储氢材料，并且将在下文中参考本申请进行描述。但是，应当理解，本发明不限于这个特定的应用领域。

背景技术

提供以下对现有技术的讨论以将本发明置于适当的技术背景中并允许更好地理解其优点。然而，应当理解，在整个说明书中对现有技术的任何讨论不应被视为明确或暗示承认这种现有技术是众所周知的或形成本领域公知常识的一部分。

过去，人们已经相当关注使用氢作为燃料或燃料补充剂。虽然世界石油储备正在迅速枯竭，但氢的供应几乎无限。氢可以由煤、天然气和其他烃产生，或者通过水的电解形成。此外，可以在不使用化石燃料的情况下生产氢，诸如通过使用核能或太阳能电解水。此外，氢虽然目前比石油贵，但是是成本较低的燃料。氢具有任何化学燃料中每单位重量最高的能量密度，并且基本上无污染，因为燃烧氢的主要副产物是水。

许多主要的汽车制造商已将氢燃料电池汽车商业化，与电动车辆所需的几个小时相比，这些汽车可在约几分钟内快速再充满，并且具有与传统汽车相当的行驶里程(500公里，而电动汽车则为100-200公里)。到目前为止，广泛部署这些汽车的障碍是缺乏高效的储氢和输送方法。如下所述，传统压缩和液化氢存在许多缺点。然而，由液体介质储存的氢与现有的液体输送和燃料喷射技术高度兼容，并且因此可以被市场快速采用。此外，氢是储存由诸如风能和太阳能的可再生资源所产生能源的理想选择。如果能源公司用于大规模的能量储存和输送，液基氢载体可能在市场上具有潜在的革命性。

虽然氢作为燃料具有广泛的应用潜力，但其利用的主要缺点，特别是在诸如车辆动力的移动用途中，是缺乏可接受的轻质储氢介质。通常，氢在高压下储存在耐压容器中或作为冷却至极低温度的低温液体储存。将氢储存为压缩气体涉及使用大而重的容器。在具有常规设计的钢制容器或罐中，当氢在136个大气压的典型压力下储存在该罐中时，该罐的总重量的仅约1％由氢气组成。为了获得等量的能量，氢气容器的重量为汽油/石油容器重量的约三十倍。

另外，转移是非常困难的，因为氢储存在大型容器中，并且由于氢的密度低，储存在容器中的氢的量是有限的。此外，由于氢极易燃，因此当用作机动车辆的燃料时，作为液体的储存存在严重的安全问题。液体氢也必须保持极冷，低于约253℃，如果溢出则极易挥发。此外，液体氢的生产是昂贵的，并且液化过程所需的能量是通过燃烧氢可以产生的能量的主要部分。

或者，已知某些金属和合金允许可逆地储存和释放氢。在这方面，由于它们的高储氢效率，它们被认为是优质的储氢材料。将氢作为固体氢化物储存可以提供比作为压力罐中的压缩气体或液体储存更大的体积储存密度。另外，固体氢化物中的储氢比由作为气体或液体储存在容器中的氢引起的安全问题更少。固相金属或合金体系可以通过以高密度吸收氢并通过在特定温度/压力或电化学条件下形成金属氢化物来储存大量氢，并且可以通过改变这些条件来释放氢。理想的储氢材料应优选具有相对于材料重量的高储存容量、合适的解吸温度/压力、良好的动力学、良好的可逆性、对污染物(包括存在于氢气中的污染物)的抗性以及成本相对较低。如果材料不具备这些特性中的一种或多种，则不太可能被大规模商业利用接受。