專利名稱：一種含稀土元素y的可逆復(fù)合儲氫材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種屬于非金屬材料類的儲氫材料，具體涉及一種含稀土元素Y的儲 S材料。
背景技術(shù)：
氫是一種高效清潔的能源載體。氫可以從多種渠道獲得，在使用中通過燃料電池可將氫轉(zhuǎn)化為電和熱，同時可實(shí)現(xiàn)零排放。隨著能源危機(jī)的加深，氫能源的作用越來越被重視，被認(rèn)為是連接化石能源向可再生能源過渡的橋梁，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)供給和循環(huán)的重要載體之一。但是氫燃料電池的應(yīng)用還有很多困難，主要是沒有方便快捷、直接的供氫方式和缺乏安全有效的儲氫技術(shù)。因此發(fā)展氫能汽車及便攜電源的主要關(guān)鍵就是開發(fā)安全有效的供氫和儲氫技術(shù)。目前，最常用技術(shù)最成熟的氫氣儲存方式是利用高壓鋼瓶儲存，但是這種方法不僅危險，而且高壓瓶自身的超高重量極大制約了其作為便攜式能源的應(yīng)用。固態(tài)儲氫材料存儲是通過化學(xué)反應(yīng)或物理吸附將氫氣存儲于固態(tài)材料中，其能量密度高且安全性好，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的一種儲氫方式。由氫元素組成的輕質(zhì)高容量儲氫材料理論容量均達(dá)到5%以上，為固態(tài)儲氫材料與技術(shù)的突破帶來了希望。而硼氫化鈉(NaBH4)則是輕質(zhì)高容量儲氫材料中最熱門的研究對象之一。硼氫化鈉是一種白色晶狀粉末，理論儲氫容量為10.8% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。硼氫化鈉是一種強(qiáng)還原劑，在室溫和催化劑作用下即可和水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。但是硼氫化鈉水解制氫還存在許多困難，而且不具有可逆性。另一種方法利用加熱硼氫化鈉分解也可制氫，但是同樣也存在很多缺點(diǎn)，如分解溫度高，純在IatmAr中需500°C以上才能分解放氫，而且?guī)缀鯖]有可逆性，所以也難以應(yīng)用到實(shí)際中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含YF3 (氟化釔)的稀土復(fù)合可逆儲氫材料及其制備方法，工藝簡單易行，制得的儲氫材料具有比純NaBH4和其他 NaBH4復(fù)合儲氫材料優(yōu)越的放氫溫度、可逆性等性能，同時保持較高的儲氫量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案—種含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料，包含以下組份NaBH4 ；所述組分質(zhì)量百分含量為YF3為10% 56. 26%, NaBH4為43. 74% 90%。本發(fā)明還涉及一種制備上述可逆復(fù)合儲氫材料的方法，包括以下步驟a.將NaBH4和YF3配置成混合粉末；b.將上述混合粉末置于球磨機(jī)中在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行球磨；c.待上述混合粉末充分反應(yīng)后，停止球磨，所得產(chǎn)物為本發(fā)明含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料。所述步驟a中YF3為10% 56. % (質(zhì)量)，NaBH4為43. 74% 90% (質(zhì)量)；所述步驟b中惰性氣體為氬氣，鋼球混合粉末的質(zhì)量比為30 1，大鋼球小鋼球的質(zhì)量比為1 2 ；所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為400r/min，球磨10 50個周期，每個周期轉(zhuǎn)6 50 分鐘停6 12分鐘。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)提高了儲氫材料的動力學(xué)性能，通過添加YF3稀土化合物儲氫材料具有比以往純NaBH4更加優(yōu)良的動力學(xué)性能，即更低的放氫溫度(降低了 80°C )。(2)使含NaBH4的儲氫材料出現(xiàn)可逆性，并且比現(xiàn)有的添加了催化劑的含NaBH4儲氫材料要有更好的可逆性，在30(TC條件下，材料仍吸氫約1. 5%。(3)體系具有最大可達(dá)4. 5wt %的儲氫量，且所含雜質(zhì)元素的總量小于0. 01 % (質(zhì)
量)O


圖1為300°C下吸放氫循環(huán)后的PCT曲線(壓力成分溫度曲線)；圖2為350°C下吸放氫循環(huán)后的PCT曲線(壓力成分溫度曲線)；圖3為380°C下多次吸放氫循環(huán)后的PCT曲線(壓力成分溫度曲線)；圖4為380°C下多次吸放氫循環(huán)后的PCT曲線(壓力成分溫度曲線)；圖5為本發(fā)明可逆復(fù)合儲氫材料的DSC曲線(差示掃描量熱分析曲線)；圖6為本發(fā)明可逆復(fù)合儲氫材料的XRD譜圖(X射線衍射譜)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)稱取3. 402gNaBH4粉末和4. 377gYF3粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質(zhì)量比和1 2的大小球質(zhì)量比加入鋼球；(3)在氬氣保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)置為400r/min，球磨25個周期，每個周期轉(zhuǎn)48 分鐘停12分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發(fā)明產(chǎn)物含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料，所含 YF3 為 56. 26% (質(zhì)量)，NaBH4 為 43. 74% (質(zhì)量)。對上述所制得的本發(fā)明產(chǎn)物可逆復(fù)合儲氫材料進(jìn)行DSC(差示掃描量熱分析)和 XRD(X射線衍射譜)測試圖1 4為本發(fā)明產(chǎn)物可逆復(fù)合儲氫材料吸放氫循環(huán)后的PCT 曲線(壓力成分溫度曲線)；圖1表明在300°C的低溫下，所述可逆復(fù)合儲氫材料仍然具有高達(dá)1. 5%的可逆儲氫量，具有優(yōu)異的低溫儲氫性能。圖1 3表明隨溫度增加可逆吸氫量增加；圖3 4表明所述可逆復(fù)合儲氫材料的可逆儲氫量具有較好的穩(wěn)定性；圖5為本發(fā)明產(chǎn)物可逆復(fù)合儲氫材料的DSC曲線(差示掃描量熱分析曲線)，包含失重曲線和吸熱曲線，橫坐標(biāo)為溫度，左縱坐標(biāo)為熱量值，右縱坐標(biāo)為質(zhì)量百分比。DSC結(jié)果顯示放氫量為 4. 16(wt) %，放氫溫度425°C。說明所述可逆復(fù)合儲氫材料放氫溫度降低，動力學(xué)性能提高； 圖6為本發(fā)明產(chǎn)物可逆復(fù)合儲氫材料的XRD譜圖，表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復(fù)合儲氫材料沒有生成新相，YF3起催化劑的作用。實(shí)施例2
(1)稱取3. 402gNaBH4粉末和4. 377gYF3粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質(zhì)量比和1 2的大小球質(zhì)量比加入鋼球；(3)在Iatm氬氣保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)置為400r/min，球磨50個周期，每個周期轉(zhuǎn)48分鐘停12分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發(fā)明產(chǎn)物含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料，所含 YF3 為 56. 26 %，NaBH4 為 43. 74 %。對球磨后的本發(fā)明產(chǎn)物進(jìn)行DSC和XRD測試。DSC結(jié)果顯示放氫量為3. 68 (wt) %，放氫溫度437 °C。XRD測試表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復(fù)合儲氫材料沒有生成新相，YF3 起催化劑的作用。實(shí)施例3(1)稱取3. 402gNaBH4粉末和0. 5gYF3粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質(zhì)量比和1 2的大小球質(zhì)量比加入鋼球；(3)在氬氣保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)置為400r/min，球磨12個周期，每個周期轉(zhuǎn)48 分鐘停12分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發(fā)明產(chǎn)物含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料，所含 YF3 為 12. 81%, NaBH4 為 87. 19%。對球磨后的本發(fā)明產(chǎn)物進(jìn)行DSC和XRD測試。DSC結(jié)果顯示放氫量為3. 86 (wt) %，放氫溫度432 °C。XRD測試表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復(fù)合儲氫材料沒有生成新相，YF3 起催化劑的作用。實(shí)施例4(1)稱取1. 194gNaBH4粉末和IgYF3粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質(zhì)量比和1 2的大小球質(zhì)量比加入鋼球；(3)在氬氣保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)置為400r/min，球磨50個周期，每個周期轉(zhuǎn)6 分鐘停6分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發(fā)明產(chǎn)物含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料，所含 YF3 為 45. 58 %，NaBH4 為 54. 42 %。對球磨后的本發(fā)明產(chǎn)物進(jìn)行DSC和XRD測試。DSC結(jié)果顯示放氫量為3. 89 (wt) %，放氫溫度4!35°C。XRD測試表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復(fù)合儲氫材料沒有生成新相，YF3 起催化劑的作用。實(shí)施例5(1)稱取3. 402gNaBH4粉末和IgYF3,粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質(zhì)量比和1 2的大小球質(zhì)量比加入鋼球；
(3)在氬氣保護(hù)下球磨，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)置為400r/min，球磨12個周期，每個周期轉(zhuǎn)48 分鐘停12分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發(fā)明產(chǎn)物含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料，所含 YF3 為 22. 72 %，NaBH4 為 77. 28 %。對球磨后的本發(fā)明產(chǎn)物進(jìn)行DSC和XRD測試。DSC結(jié)果顯示放氫量為4.05%，放氫溫度440 V。XRD測試表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復(fù)合儲氫材料沒有生成新相，YF3 起催化劑的作用。
權(quán)利要求
1.一種含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料，其特征在于包含以下組份=YF3和NaBH4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可逆復(fù)合儲氫材料，其特征在于所述組分質(zhì)量百分含量為 YF3 為 10% 56. 26%, NaBH4 為 43. 74% 90%。
3.一種制備權(quán)利要求1或2所述的可逆復(fù)合儲氫材料的方法，其特征在于包括以下步驟a.將NaBH4和YF3配置成混合粉末；b.將上述混合粉末置于球磨機(jī)中在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行球磨；c.待上述混合粉末充分反應(yīng)后，停止球磨，所得產(chǎn)物為本發(fā)明含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備可逆復(fù)合儲氫材料的方法，其特征在于所述步驟a中 YF3 為 10% 56.(質(zhì)量)，NaBH4 為 43. 74% 90% (質(zhì)量)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備可逆復(fù)合儲氫材料的方法，其特征在于所述步驟b中惰性氣體為氬氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備可逆復(fù)合儲氫材料的方法，其特征在于所述步驟b中鋼球混合粉末的質(zhì)量比為30 1，大鋼球小鋼球的質(zhì)量比為1 2。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備可逆復(fù)合儲氫材料的方法，其特征在于所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為400r/min，球磨10 50個周期，每個周期轉(zhuǎn)6 50分鐘停6 12分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含稀土元素Y的可逆復(fù)合儲氫材料和制備方法，所述可逆復(fù)合儲氫材料組份包含YF3和NaBH4；本發(fā)明提高了儲氫材料的動力學(xué)性能，通過添加YF3稀土化合物儲氫材料具有比以往純NaBH4更加優(yōu)良的動力學(xué)性能，即更低的放氫溫度(降低了80℃)，且具有可逆性；本發(fā)明產(chǎn)物具有較高的儲氫量，在300℃條件下，材料仍吸氫約1.5％；且所含雜質(zhì)元素的總量小于0.01％(質(zhì)量)。
文檔編號C01B3/06GK102431968SQ20111024934
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者丁文江, 曾小勤, 李龍津, 鄒建新 申請人:上海交通大學(xué)