[发明专利]一种含碳化钙的复合储氢材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含碳化钙的复合储氢材料及其制备方法，属于储氢材料技术领域。该复合储氢材料是由硼氢化锂、氢化镁(或氟化镁)和碳化钙组成；其中：硼氢化锂与氢化镁(或氟化镁)的摩尔比为2:1，碳化钙的添加量为12～25mol％。制备时，先将纯度不低于97％的碳化钙机械粉碎成粒度小于500μm的粉末，再按配比称取硼氢化锂、氢化镁(或氟化镁)和碳化钙粉末并混合，最后采用行星式球磨机对混合粉末进行球磨处理。本发明的优点在于：利用碳化钙来改善材料的储氢性能，原料来源广、成本低廉；所提供的复合储氢材料制备工艺简单、安全可靠，具有低的放氢温度、高的放氢量和良好的可逆性。

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种含碳化钙的复合储氢材料及其制备方法。

背景技术

面对能源危机和环境污染的双重考验，人类急需开发和利用新型可再生能源。其中，氢能具有热值高、燃烧产物完全无污染和储量丰富等优点，是传统化石能源的理想替代品，被认为是人类理想的二次能源。储氢技术的发展对氢能的规模化利用至关重要，与气态和液态储氢方式相比，利用储氢材料对氢气进行固态储存具有储氢密度高和安全性好等优点。碱金属或碱土金属配位氢化物具有极高的储氢容量，是固态储氢材料研究和开发的重点。例如，硼氢化锂的理论储氢量高达13.8wt.％(LiBH₄LiH+B+3/2H₂)，然而，高的放氢温度、苛刻的再吸氢条件以及差的放氢/再吸氢动力学等缺点严重阻碍了其实际应用[P.Mauron,F.Buchter,O.Friedrichs,et al.,J.Phys.Chem.B,2008,112:906]。

为了改善硼氢化锂的储氢性能，人们发展了纳米结构调制、阴阳离子取代、多组元反应体系构建和催化剂添加等方法[C.Li,P.Peng,D.W.Zhou,et al.,Int.J.HydrogenEnergy,2011,36:14512]。其中，采用纳米结构调制将硼氢化锂的颗粒尺寸或者晶粒尺寸降至纳米尺度，可以有效改善硼氢化锂的放/吸氢动力学，但其储氢容量往往会有较大的损失。对硼氢化锂中的锂离子或硼氢基团进行取代，可以有效降低放氢温度，但可逆再吸氢性能不理想。将硼氢化锂与其它物质(如金属铝氢化物、金属氢化物或金属氟化物等)复合而构建多组元反应体系，可以使硼氢化锂发生反应失稳，从而降低热力学稳定性和放氢温度，但现有反应体系的放氢温度仍然较高且反应较慢，同时，在改变反应路径的同时可能会产生不可逆吸氢的副产物。向硼氢化锂中添加催化剂(如碳质材料、过渡金属氧化物或氟化物等)可以降低放氢的活化能，但可逆性较差，且催化效果好的纳米催化剂制备工艺较复杂、价格较高。

发明内容

本发明针对现有硼氢化锂储氢技术的不足，提供了一种性能优良、成本低、制备工艺简单的复合储氢材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明所提供的复合储氢材料由氢化镁或氟化镁与硼氢化锂、碳化钙组成，其中：氢化镁或氟化镁与硼氢化锂的摩尔比为1:2，碳化钙的添加量为储氢材料总摩尔量的12～25％。

本发明所提供的复合储氢材料的制备方法包括下述步骤：

(1)将市售的小块状碳化钙(纯度不低于97％)机械粉碎成粒度小于500μm的粉末；

(2)按配比称取氢化镁或氟化镁、硼氢化锂和碳化钙粉末并混合；

(3)采用行星式球磨机对混合粉末进行球磨处理。

所述球磨处理在1～2atm氩气或氮气保护下进行，球料比为20～30:1，转速为400rpm，球磨时间为8～10h。

本发明的科学原理如下：