[发明专利]氧化石墨烯三维结构中的氨硼烷限制

说明书

本发明涉及氧化石墨烯三维结构中的氨硼烷限制，其包含多孔氧化石墨烯材料(A)和氨硼烷(B)的复合材料及其生产方法，其中所述多孔氧化石墨烯材料(A)的密度为1mg/cmsupgt;3/supgt;至100mg/cmsupgt;3/supgt;。本发明还涉及包含所述复合材料的氢释放装置以及包含所述复合材料的能量发生装置。此外，本发明涉及包括所述氢释放装置和/或所述能量发生装置的航空器。

技术领域

本发明涉及包含多孔氧化石墨烯材料和氨硼烷的复合材料及其生产方法。本发明还涉及包含含有多孔氧化石墨烯材料和氨硼烷的复合材料的氢释放装置以及包含含有多孔氧化石墨烯材料和氨硼烷的复合材料的能量发生装置。此外，本发明涉及包括所述氢释放装置和/或所述能量发生装置的航空器。

背景技术

移动应用例如汽车或航空器中使用的多个局部组件需要电力。这些组件中的许多组件，特别是安全设备，与使移动应用运行实际所需的电气组件(例如，航空器的导航系统、燃料计、飞行控制器和液压系统)是分开的。例如，在航空器中，这样的局部组件是各种类型的机舱设备，例如区域加热器，机舱通风，独立通风，乘客座、高舒适性座椅的区域灯或点光源照明如座舱灯和/或阅读灯，供水，乘客电子产品用充电站和电源插座，厨房和厨房设备，应急照明，应急电筒，救生筏的电气设备，冲压空气涡轮机，以及用于任务航空器(missionaircraft)的辅助动力设备(APU)。

最近，燃料电池作为清洁能源受到了关注。燃料电池系统的技术通过使用燃料电池催化剂将氢(即，燃料)源与来自空气的氧组合以产生作为主要产物的电能。除了电力之外，燃料电池系统产生热力(即，热)、水或水蒸气、以及贫氧空气。与燃烧化石燃料的电力产生装置产生的二氧化碳排放相比，这些副产物的有害性要小得多。因此，使用燃料电池来产生电能(尤其在航空器中)是期望的。

然而，燃料电池需要高纯度的氢，因为多种气体对于燃料电池催化剂而言是有毒的。这样的燃料电池毒物通常是含碳、硼或氮的气体，例如一氧化碳、二氧化碳、氨和环硼氮烷，特别是一氧化碳。所有的这些例举的化合物对于人而言也是有毒的。换句话说，对于任意具有储氢能力(即，其可以用于直接或间接储存氢)的材料，主要期望更少地释放任何上述催化剂中毒气体，特别是一氧化碳和二氧化碳。因此，从氢流中有效地消除上述催化剂中毒气体增加了燃料电池催化剂的寿命和效率，并进一步降低了对人的毒性风险。

氢及其固态储存在其作为可持续能量载体而可被认作可行的化石燃料替代品之前需要满足一套难以实现的标准。在考虑将其用于移动应用例如汽车或者甚至飞机的用途时尤其如此。评估潜在储氢材料的适用性的相关标准是例如材料的氢容量(重量％；kg氢/kg体系)、脱氢温度的温度范围、体系体积密度(g/L；kg氢/L体系)、充填和释放速率如体系填充时间(燃料加注速率，kg/分钟)、储存体系成本($/kg氢)和运行循环寿命。美国能源部(DoE)已经为这些标准的每一个确定了目标；例如，2015年氢容量的目标≥5.5％，最终体系目标≥7.5％。同样，在2015年，体系体积密度的DoE目标≥40g/L，最终体系目标≥70g/L。目前的脱氢温度范围的DoE目标为-45℃到85℃。

已经提出了几种材料用于储氢，从在低温下物理吸附的多孔固体到在高得多的操作温度下与氢形成化学键的配位氢化物。目前可用的储氢材料的形式(landscape)主要由金属氢化物、化学氢化物(也称为“化学氢”)和为多孔固体的吸附剂构成。金属氢化物提供纯氢，但仅在在高温下释放氢，并且显著地对空气敏感。吸附剂的缺点为不适用于移动应用的低操作温度，并且大多数实验研究还表明，这类储氢材料具有低的氢体积密度和氢重量密度，特别是在其脱氢温度为-180℃或更高的情况下。化学氢化物材料具有中等的脱氢温度，具有合适的氢容量，但可释放有毒气体，有毒气体可作为副产物使燃料电池催化剂中毒。换句话说，迄今为止，没有符合所有DoE目标的可用材料，并且每种最佳性能的已知储氢材料具有各自的优点和缺点，这些在将储氢体系用于特定应用时都必须考虑在内。