專利名稱：一種鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池用儲氫材料，尤其是一種鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對能源的需求不斷增加，導(dǎo)致化石燃料等不可再 生能源日漸枯竭，能源危機(jī)日益嚴(yán)重。另一方面，化石燃料的大量使用也加劇了環(huán)境污染， 嚴(yán)重威脅人類的生存環(huán)境。因此，為了實(shí)現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展，研究開發(fā)各種新型綠色 可再生能源已經(jīng)成為大家的共識，特別是在低碳和零碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的今天。氫由于其儲量豐 富、燃燒效率高、無污染，被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色能源載體。然而，氫是所有元素中最輕的，在 常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為0. 0899kg/m3，是水的萬分之一，因此其高密度儲存一直是一 個(gè)世界級難題。目前，安全、高效、經(jīng)濟(jì)的氫氣儲存技術(shù)已成為氫能利用走向?qū)嵱没⒁?guī)?；?的瓶頸。固態(tài)儲氫具有儲氫密度高、操作方便、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。金屬氫化物儲氫材料的單 位體積儲氫密度是相同溫度、壓力條件下氣態(tài)氫的1000倍左右，而且氫是以原子的形式儲 存在材料中，吸放氫過程受熱效應(yīng)和速度所限制，具有高度的安全性，因此被認(rèn)為是最具發(fā) 展前景的一種儲氫方式。但絕大部分金屬氫化物的儲氫量僅為l_3wt %，重量儲氫容量有待 于進(jìn)一步提高。近年來，輕金屬氮?dú)浠飪洳牧嫌捎谄涓叩膬淙萘?，現(xiàn)已成為人們研究的熱 點(diǎn)。鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料的儲氫容量在5. 0wt%以上，且擁有較為合適的吸放氫反應(yīng)熱力 學(xué)，因此被認(rèn)為是近期最有希望實(shí)用化的車載氫源材料。但目前所開發(fā)的鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲 氫材料在200°C以上時(shí)才表現(xiàn)出較好的綜合性能，放氫溫度還普遍較高，放氫速度較慢，難 以滿足實(shí)際應(yīng)用要求。因此，迫切需要研究開發(fā)低放氫溫度、高放氫速率的新型鋰鎂氮?dú)鋬?S材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料，其儲氫容量高，吸放氫溫度低，放氫速 率快，性能優(yōu)良。鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料的成分為Li2NH-aMgNH_bKnX，其中X為Η、0、0Η、ΒΗ4、鹵素離 子和酸根離子，0. 5彡a彡1. 5，0. 01彡b彡0. 15，η為X的價(jià)態(tài)。所述的鹵素離子為F_、Cl_、Br_或Γ。所述的酸根離子為NO” S042-、⑶廣、ClO4-或Mn(V。所述的Li2NH-aMgNH-bKnX是在真空或惰性氣氛下，將Li2NH、MgNH與KnX的混 合物裝入放有磨球的不銹鋼罐中，通過機(jī)械混合的方式獲得，磨球和樣品的重量比為 30-100 1，轉(zhuǎn)速為 100-550rpm。本發(fā)明的鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料，儲氫容量保持在5wt%以上；吸放氫工作溫度 明顯降低，起始放氫溫度在70°C左右，較純鋰鎂氮?dú)鋬洳牧辖档土?30°C左右；放氫速度明顯加快，在150°C的條件下30min內(nèi)可放出4. Owt %以上的氫，是現(xiàn)有鋰鎂氮?dú)鋬洳牧?放氫速度的5倍左右。因此，本發(fā)明的鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料是一種性能優(yōu)良的儲氫材料。



圖 1 是 Li2NH-L 2MgNH-0. 15KH 樣品的 FTIR 圖譜；圖2是Li2NH-MgNH-O. 08KH樣品和Mg(NH2)2_2LiH放氫樣品的吸氫性能比較曲線；圖3是Li2NH-O. 5MgNH_0. 12K0H吸氫樣品的放氫曲線；圖4是Li2NH-O. 75MgNH_0. IKF吸氫樣品的放氫曲線；圖5是Li2NH-MgNH-O. OlK2CO3吸氫樣品150°C時(shí)的等溫放氫曲線。
具體實(shí)施例方式將Li2NH、MgNH與KnX按一定摩爾比稱量，放入不銹鋼球磨罐，進(jìn)行機(jī)械球磨混合， 球磨氣氛為真空或惰性氣氛，球料比為30-100 1(重量比)，轉(zhuǎn)速為100-550rpm，制備得 到鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料，測試樣品的吸放氫性能。由于樣品較易與氧氣和水反應(yīng)，所有的 樣品稱量及樣品轉(zhuǎn)移均在充有高純氬氣或氮?dú)獾氖痔紫渲羞M(jìn)行，其中手套箱中氧和水的含 量小于50ppmo樣品的傅立葉紅外圖譜(FTIR)在布魯克Vector 22傅立葉紅外光譜儀上測試。 樣品的程序控溫脫附測試在程序控溫脫附設(shè)備上進(jìn)行，采用Ar作為載氣，升溫速率為2°C / min。樣品的吸放氫性能測試在氣態(tài)性能測試設(shè)備上進(jìn)行，測試之前，反應(yīng)系統(tǒng)先抽真空，吸 放氫過程使用程序控溫儀控制加熱速率及溫度，吸氫的起始壓力為80-100atm。實(shí)驗(yàn)過程中 自動記錄反應(yīng)系統(tǒng)的氫壓、程序溫度以及熱電偶實(shí)測溫度隨時(shí)間的變化。實(shí)施例1在充滿Ar氣的手套箱內(nèi)，將摩爾比為1 0.5、1 0. 75,1 1、1 1. 25和 1 1.5 的 Li2NH 和 MgNH 分別與 0. 01、0. 03、0. 05、0. 08、0. 1 和 0. 15 摩爾的 KH 混合，裝入 可以密封的不銹鋼罐中，采用氬氣保護(hù)，在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，球料比為60 1，轉(zhuǎn) 速為500rpm。球磨后樣品首先進(jìn)行FTIR分析。圖1所示為Li2NH-L 2MgNH_0. 15KH樣品的 FTIR圖譜。從圖中可以看出，球磨后樣品在3010-3275CHT1波數(shù)范圍內(nèi)，有一個(gè)不對稱的寬 峰，吸收峰峰尖波數(shù)在3169CHT1左右，這主要是由Li2NH和MgNH紅外吸收峰的疊加所致。隨 后，球磨后樣品進(jìn)行吸氫性能測試，吸氫初始?xì)鋲簽镮OOatm，升溫速率為1°C /min。表1列 出了上述混合樣品的的吸氫起始溫度和吸氫量。從表中數(shù)據(jù)可以看出，上述所有樣品的吸 氫量均在4wt%以上，吸氫起始溫度在50-10(TC左右。表1不同比例Li2NH、MgNH和KH混合物的吸氫起始溫度及吸氫量
權(quán)利要求
1.一種鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料，其特征在于它成分為Li2NH-aMgNH-bKnX，其中X為H、 0、OH、BH4,鹵素離子或酸根離子，0. 5≤a≤1.5，0. 01≤b≤0. 15，η為X的價(jià)態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料，其特征在于所述的鹵素離子為F—、 Cr、Bf 或 Γ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料，其特征在于所述的酸根離子為 NO” 50:、CO:、ClCV 或 MnCV。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硼氮?dú)鋬洳牧系闹苽浞椒?，其特征在于將鉀化合物KnX 與Li2NH和MgNH以成分為Li2NH-aMgNH-bKnX，其中X為H、0、0H、BH4、鹵素離子或酸根離子， 0.5<a<1.5，0.01<b<0.15，n*X的價(jià)態(tài)；化學(xué)計(jì)量摩爾比的混合物裝入不銹鋼罐 中，在真空或惰性氣氛下，進(jìn)行機(jī)械均勻混合后得到混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料，該鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料的成分為Li2NH-aMgNH-bKnX，其中X為H、O、OH、鹵素離子和酸根離子，0.5≤a≤1.5，0.01≤b≤0.15，n為X的價(jià)態(tài)。其制備方法是將鉀化合物KnX與Li2NH和MgNH的混合物裝入不銹鋼罐中，在真空或惰性氣氛下，采用機(jī)械混合的方式，將混合物均勻混合。本發(fā)明的鋰鎂氮?dú)鋸?fù)合儲氫材料，儲氫容量在5wt％以上，吸放氫溫度低，放氫起始溫度在70℃左右，放氫速度快，在150℃的條件下30min內(nèi)可放出4.0wt％以上的氫，是一種性能優(yōu)良的儲氫材料。
文檔編號H01M4/38GK102005570SQ20101052462
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉永鋒, 李超, 潘洪革, 高明霞 申請人:浙江大學(xué)