硼氫化鋰-氫化鎂-鋁氫化物復(fù)合體系儲(chǔ)氫性能研究.pdf

1、氫能作為清潔能源和理想的二次能源具備很多的優(yōu)點(diǎn)，最近引起了廣泛的關(guān)注。將氫能應(yīng)用于汽車(chē)是氫能開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的近期目標(biāo)，其中高效的儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能利用的瓶頸技術(shù)。以L(fǎng)iBH4為代表的配位金屬氫化物由于其儲(chǔ)氫量高等優(yōu)點(diǎn)成為了目前的研究熱點(diǎn)，但是LiBH4存在熱力學(xué)穩(wěn)定性高、放氫溫度高、吸放氫動(dòng)力學(xué)差、可逆性差等缺點(diǎn)，因此，需要對(duì)LiBH4性能改善方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究。改善LiBH4儲(chǔ)氫性能的一個(gè)不錯(cuò)的方法是反應(yīng)物失穩(wěn)法，關(guān)鍵點(diǎn)是要尋找合適的失穩(wěn)劑。在

2、本文的研究中，為了提高LiBH4的吸放氫熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)性能，引入了MgH2和Al及其氫化物（包括AlH3和Li3AlH6）形成復(fù)合體系作為研究對(duì)象，采用XRD、TPD、DSC/TG、MS等分析測(cè)試手段，系統(tǒng)研究了:(1)LiBH4-MgH2-Al復(fù)合體系的非恒溫和恒溫放氫性能、放氫動(dòng)力學(xué)性能等;(2) LiBH4-MgH2-AlH3復(fù)合體系的吸放氫性能、放氫動(dòng)力學(xué)性能和循環(huán)放氫性能等;(3)LiBH4-MgH2-Li3AlH6復(fù)合體系的

3、非恒溫和恒溫放氫性能、放氫機(jī)理、放氫動(dòng)力學(xué)性能等。
　　首先本文研究了LiBH4-MgH2-Al復(fù)合體系的儲(chǔ)氫性能，他們之間因?yàn)槠鸬絽f(xié)同作用而使性能得到稍微的改善，包括初始放氫和峰值放氫溫度的降低，整體放氫量的升高。熱力學(xué)測(cè)試顯示三元復(fù)合樣品升溫到520℃的總體放氫量可達(dá)到7.5 wt％以上，體系放氫分為兩步，第一步對(duì)應(yīng)于MgH2的放氫，起始放氫溫度的為340℃，第二步對(duì)應(yīng)于LiBH4的放氫，起始放氫溫度為391℃。跟Al復(fù)合的L

4、iBH4、MgH2的初始放氫溫度分別降低了17℃和14℃。循環(huán)放氫結(jié)果表明，第一次循環(huán)放氫容量為7.5 wt％，放氫總量是隨著循環(huán)放氫次數(shù)的增加而減少。XRD測(cè)試顯示，LiBH4-MgH2失穩(wěn)的主要原因是由于通過(guò)LiBH4、MgH2與Al之間的反應(yīng)形成的Mg-Al-B合金。
　　其次本文研究了LiBH4-MgH2-AlH3復(fù)合體系的儲(chǔ)氫性能，并將復(fù)合體系與三元LiBH4-MgH2-Al、二元LiBH4-MgH2以及一元LiBH4、

5、MgH2、 AlH3樣品進(jìn)行對(duì)比，對(duì)儲(chǔ)氫性能改善機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。采用有機(jī)溶液合成方法制備得到了AlH3樣品，并研究了球磨和Nb基催化劑對(duì)其放氫行為的影響，發(fā)現(xiàn)添加NbF5和Nb2O5對(duì)AlH3的放氫行為有顯著的影響。熱力學(xué)測(cè)試顯示三元復(fù)合樣品放氫反應(yīng)分為三步反應(yīng)，升溫到520℃的總放氫量可以達(dá)到10.42％，三步反應(yīng)分別對(duì)應(yīng)著AlH3、MgH2和LiBH4的分解，初始放氫溫度分別為114℃、291℃、328℃，溫度分別降低了24℃

6、、62℃和49℃，峰值放氫溫度分別為309.7℃和443.2℃，分別降低了85.3℃和17.9℃。體系的吸氫性能顯示，LiBH4-MgH2-AlH3的吸氫性能（吸氫量為第一次放氫量的60％）比LiBH4-MgH2-Al（吸氫量只有第一次放氫量的49％）復(fù)合體系優(yōu)異。XRD分析表明，LiBH4-MgH2失穩(wěn)的主要原因是由于通過(guò)LiBH4、 MgH2與活性Al之間的反應(yīng)形成的Mg-Al-B合金。AlH3在使LiBH4+MgH2體系失穩(wěn)上，比

7、單獨(dú)的Al效果明顯。
　　最后，研究了LiBH4-MgH2-Li3AlH6復(fù)合體系的儲(chǔ)氫性能，將復(fù)合體系與三元LiBH4-MgH2-Al、二元LiBH4-MgH2以及一元LiBH4、MgH2、 Li3AlH6樣品進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)LiBH4-MgH2-Li3AlH6復(fù)合體系樣品間產(chǎn)生協(xié)同作用而使放氫性能得到顯著改善，包括初始放氫和峰值放氫溫度的降低，整體放氫量的升高，和恒溫放氫時(shí)間的縮短。熱力學(xué)測(cè)試顯示體系在169.7℃開(kāi)始放氫，并且

8、在520℃以下體系總共的放氫量為10.02％。跟Li3AlH6混合的MgH2、 LiBH4的初始放氫溫度分別為為285.6.℃和328.3℃，溫度分別降低了67.4℃和48.7℃，峰值放氫溫度分別為300.8℃和443.2℃，溫度分別降低了84.7℃和19.3℃。根據(jù)XRD的測(cè)試結(jié)果，LiBH4-MgH2失穩(wěn)的主要原因是由于通過(guò)LiBH4、MgH2與活性Al之間的反應(yīng)形成的Mg-Al-B合金。循環(huán)吸放氫結(jié)果表明，第一次放氫容量為9.49