专利名称：用于储存氢气的储存介质和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于储存氢气的储存介质和方法。
氢气的储存和分配可以以不同的方式实现。例如可以以压缩的形式储存在相应的高压储存器中，它们能够实现直到875bar压力的储存。
此外已知将液化的、深冷的氢气储存在相应的冷容器中，最好是超级隔热的冷容器中。上述方法尤其在以氢气驱动的汽车中实现，而与它们是否通过改型的内燃机和驱动电动机的燃料电池运行无关。
储存系统位于试验站中，在这些储存系统中在可氢化的、能够使氢化合的有机化合物上进行氢气的储存。这种储存系统以MPH(Methylcyclohexane Poluene Hydrogen)系统、Decailn/Naphthalin和系统n-Heptan/Toluol系统的名称被公开。
上述系统的共同点是，氢通过这些系统在适合的条件下进行反应，由此实现氢气的氢化和储存。
所有上述可选择的方案具有特殊的优点和缺点，因此通常由对应的使用条件和情况决定来确定一种可选择的方案。后面提到的可选择的方案主要缺陷是，所使用的化学反应系统具有相对高的蒸汽压力，因此是挥发性的并因此以明显的程度污染氢气。因此，这种反应系统必需部分地技术上和/或能量上耗费地去除，尤其是为了达到高的氢气纯度。
专业人员不断地致力于实现氢气储存可能性，它能够储存纯或极纯的氢气，其中储存要能够以尽可能安全和经济的方式和方法实现。尤其是在运行燃料电池时需要非常纯的氢。但是在上述改型的内燃机情况下，它们后面通常连接催化剂，也致力于使氢气以(高)纯形式储存，因为否则被氢气携带的碳氢化合物(可能)会对触媒的活性和寿命产生负面影响。尤其是在将氢气用于所谓移动应用场合-驱动汽车等时，首先考虑安全性；这一点尤其适用于加氢过程，因为该过程通常由司机本人并因此由“技术外行”执行。
为了解决上述问题，提出一种用于储存氢气的储存介质，其特征是，储存介质具有至少一种可氢化的离子化合物或者至少部分地由至少一种可氢化的离子化合物组成。
以类似方式，在按照本发明的用于储存氢气的方法中，氢气的储存在一种储存介质上进行，该储存介质具有至少一种可氢化的离子化合物或者至少部分地由至少一种可氢化的离子化合物组成。
在此，所使用的离子化合物最好以液体和/或固体的形式存在。
下面将以液体形式存在的可氢化的离子化合物称为离子液体。以类似方式将以固体形式存在的可氢化的离子化合物称为离子固体。
因此，可氢化的离子化合物是离子液体或离子固体，它们具有使氢化合的能力。
离子液体是低熔点的有机盐，具有100至-90℃之间的熔点，其中，大多数已知的离子液体在室温时已经以液体形式存在。与传统的分子液体不同，离子液体是完全离子的并因此显示出新的和不寻常的特性。离子液体通过阴离子和/或阳离子的结构变化以及通过它们的组合的变化在其特性上可相对更好地适配于所遇到的技术问题。由此它们经常也被称为所谓的“设计师溶剂”。在常见的分子液体相反仅能够实现结构的变化。
与传统的分子液体不同，离子液体还具有优点，即它们没有可测量的蒸发压力。这意味着，只要不达到其分解温度，它就不会自动在高真空中以极少的痕迹蒸发。由此产生不可燃性和环境友好的特性，因为离子液体因此不可能进入大气。
如上所述，已知的离子液体的熔点按照定义处于100℃以下。所谓的液相线范围通常为400℃或更高，所谓液相线范围是熔点与热分解之间的范围。
此外离子液体具有高的热稳定性。其分解点通常位于400℃以上。对于离子液体，密度和与其它液体的混合特性可以通过选择离子来影响或调节。离子液体还具有的优点是，它们是导电的并由此可以防止充电，充电是潜在的危险。
关于“离子固体”的概念在下面应理解为前述离子液体意义上的盐，它们具有至少100℃的熔点。此外在离子液体与离子固体之间在前述定义的意义上不存在原理上的化学的和物理的差别。
如果使按照本发明的储存介质在适合的条件(压力、温度、催化剂、氢加入到离子液体中等)下与氢反应，则发生氢化，由此使氢存储到或化合到按照本发明的储存介质上或储存介质中。
按照本发明的储存介质的卸载在释放所储存的氢的条件下实现。
为了减少用于逆反应、即从按照本发明的储存介质中输出氢的能耗，按照本发明的有利扩展结构，该储存介质具有至少一个共轭的、优选芳香族的Pi电子系统。这个Pi电子系统可以位于阳离子部分中、阴离子部分中或者上述两个部分中；此外也可以将多个相互处于谐振中的或者分开的Pi电子系统统一在一个分子中。在热动力学意义上，脱氢形式的Pi电子系统的进一步稳定化或者氢化形式的非稳定化通过用适合的替代物衍生达到。在此，通过感应、中介和/或场效应实现替代物与Pi电子系统的相互作用。
相关的阳离子(Q+)n是四级的铵阳离子(R1R2R3R4N+)、磷阳离子(R1R2R3R4P+)和/或硫阳离子(R1R2R3S+)和/或类似的四级的氮基杂环芳香物、磷基杂环芳香物或硫基杂环芳香物，其中，上述残留物R1，R2，R3和R4可以是相同的、部分相同的或不同的。所述残留物可以是直线的、环状的、分支的、饱和的和/或不饱和的烷基残留物、单环或聚环芳香的或杂环芳香的残留物和/或这些残留物的通过其它功能基团替代的衍生物，其中，R1，R2，R3和R4也可以相互化合。
作为阴离子可以使用所有已知的有机的以及无机的阴离子。按照本发明储存介质的有利扩展结构，使用可氢化的阴离子。
用于储存氢的本发明储存介质以及本发明方法提供了一种用于氢储存可能性，它与现有技术相比具有高的环境相处性和明显的安全性优势。
权利要求
1.用于储存氢的储存介质，其特征在于，所述储存介质具有至少一种可氢化的离子化合物或者至少部分地由至少一种可氢化的离子化合物组成。
2.如权利要求1所述的储存介质，其特征在于，所述离子化合物以液体和/或固体形式存在。
3.如权利要求1或2所述的储存介质，其特征在于，所述储存介质在加载的和/或非加载的状态下在其分解温度以下没有可测量的蒸发压力。
4.如权利要求1至3中任一项所述的储存介质，其特征在于，所述储存介质具有至少0.01mS/cm的导电能力。
5.如权利要求1至4中任一项所述的储存介质，其特征在于，所述可氢化的离子化合物由至少一种有机盐和/或至少一种有机盐混合物构成，该有机盐混合物由有机阳离子和有机和/或无机的阴离子组成。
6.如权利要求5所述的储存介质，其特征在于，所述阳离子是四级的铵阳离子(R1R2R3R4N+)、磷阳离子(R1R2R3R4P+)和/或硫阳离子(R1R2R3S+)和/或类似的四级的氮基杂环芳香物、磷基杂环芳香物或硫基杂环芳香物，其中，所述残留物R1，R2，R3和R4是相同的、部分相同的或不同的。
7.如权利要求6所述的储存介质，其特征在于，所述残留物R1，R2，R3和R4是直线的、环状的、分支的、饱和的和/或不饱和的烷基残留物、单环或聚环芳香的和/或杂环芳香的残留物和/或这些残留物的通过其它功能基团替代的衍生物和/或这些残留物R1，R2，R3和R4相互化合。
8.如权利要求5至7中任一项所述的储存介质，其特征在于，所述阴离子是可氢化的阴离子。
9.如权利要求1至8中任一项所述的储存介质，其特征在于，所述可氢化的离子化合物能够实现氢的物理结合。
10.用于储存氢的方法，其特征在于，在一种储存介质上实现氢的储存，该储存介质具有至少一种可氢化的离子化合物或者至少部分地由至少一种可氢化的离子化合物组成。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述离子化合物以液体和/或固体形式存在。
12.如权利要求10或11所述的储存介质，其特征在于，所述储存介质在加载的和/或非加载的状态下在其分解温度以下没有可测量的蒸发压力。
13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述储存介质具有至少0.01mS/cm的导电能力。
全文摘要
本发明涉及一种用于储存氢的储存介质和方法。按照本发明，该储存介质具有至少一种可氢化的离子化合物或者至少部分地由至少一种可氢化的离子化合物组成。该离子化合物优选以液体和/或固体形式存在。
文档编号C01B3/00GK101031502SQ200580033009
公开日2007年9月5日 申请日期2005年9月20日 优先权日2004年10月1日
发明者罗伯特·阿德勒, 罗兰·卡尔布, 沃尔夫冈·韦斯纳 申请人:林德股份公司