专利名称：一种锂镁氮氢复合储氢材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池用储氢材料，尤其是一种锂镁氮氢复合储氢材料。
背景技术：
随着社会经济的快速发展，人类对能源的需求不断增加，导致化石燃料等不可再 生能源日渐枯竭，能源危机日益严重。另一方面，化石燃料的大量使用也加剧了环境污染， 严重威胁人类的生存环境。因此，为了实现人类社会的可持续发展，研究开发各种新型绿色 可再生能源已经成为大家的共识，特别是在低碳和零碳经济发展的今天。氢由于其储量丰 富、燃烧效率高、无污染，被誉为21世纪的绿色能源载体。然而，氢是所有元素中最轻的，在 常温常压下为气态，密度仅为0. 0899kg/m3，是水的万分之一，因此其高密度储存一直是一 个世界级难题。目前，安全、高效、经济的氢气储存技术已成为氢能利用走向实用化、规模化 的瓶颈。固态储氢具有储氢密度高、操作方便、安全性好等优点。金属氢化物储氢材料的单 位体积储氢密度是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍左右，而且氢是以原子的形式储 存在材料中，吸放氢过程受热效应和速度所限制，具有高度的安全性，因此被认为是最具发 展前景的一种储氢方式。但绝大部分金属氢化物的储氢量仅为l_3wt %，重量储氢容量有待 于进一步提高。近年来，轻金属氮氢化物储氢材料由于其高的储氢容量，现已成为人们研究的热 点。锂镁氮氢复合储氢材料的储氢容量在5. 0wt%以上，且拥有较为合适的吸放氢反应热力 学，因此被认为是近期最有希望实用化的车载氢源材料。但目前所开发的锂镁氮氢复合储 氢材料在200°C以上时才表现出较好的综合性能，放氢温度还普遍较高，放氢速度较慢，难 以满足实际应用要求。因此，迫切需要研究开发低放氢温度、高放氢速率的新型锂镁氮氢储 S材料。
发明内容
本发明提供了一种锂镁氮氢复合储氢材料，其储氢容量高，吸放氢温度低，放氢速 率快，性能优良。锂镁氮氢复合储氢材料的成分为Li2NH-aMgNH_bKnX，其中X为Η、0、0Η、ΒΗ4、卤素离 子和酸根离子，0. 5彡a彡1. 5，0. 01彡b彡0. 15，η为X的价态。所述的卤素离子为F_、Cl_、Br_或Γ。所述的酸根离子为NO” S042-、⑶广、ClO4-或Mn(V。所述的Li2NH-aMgNH-bKnX是在真空或惰性气氛下，将Li2NH、MgNH与KnX的混 合物装入放有磨球的不锈钢罐中，通过机械混合的方式获得，磨球和样品的重量比为 30-100 1，转速为 100-550rpm。本发明的锂镁氮氢复合储氢材料，储氢容量保持在5wt%以上；吸放氢工作温度 明显降低，起始放氢温度在70°C左右，较纯锂镁氮氢储氢材料降低了 30°C左右；放氢速度明显加快，在150°C的条件下30min内可放出4. Owt %以上的氢，是现有锂镁氮氢储氢材料 放氢速度的5倍左右。因此，本发明的锂镁氮氢复合储氢材料是一种性能优良的储氢材料。
图 1 是 Li2NH-L 2MgNH-0. 15KH 样品的 FTIR 图谱；图2是Li2NH-MgNH-O. 08KH样品和Mg(NH2)2_2LiH放氢样品的吸氢性能比较曲线；图3是Li2NH-O. 5MgNH_0. 12K0H吸氢样品的放氢曲线；图4是Li2NH-O. 75MgNH_0. IKF吸氢样品的放氢曲线；图5是Li2NH-MgNH-O. OlK2CO3吸氢样品150°C时的等温放氢曲线。
具体实施例方式将Li2NH、MgNH与KnX按一定摩尔比称量，放入不锈钢球磨罐，进行机械球磨混合， 球磨气氛为真空或惰性气氛，球料比为30-100 1(重量比)，转速为100-550rpm，制备得 到锂镁氮氢复合储氢材料，测试样品的吸放氢性能。由于样品较易与氧气和水反应，所有的 样品称量及样品转移均在充有高纯氩气或氮气的手套箱中进行，其中手套箱中氧和水的含 量小于50ppmo样品的傅立叶红外图谱(FTIR)在布鲁克Vector 22傅立叶红外光谱仪上测试。 样品的程序控温脱附测试在程序控温脱附设备上进行，采用Ar作为载气，升温速率为2°C / min。样品的吸放氢性能测试在气态性能测试设备上进行，测试之前，反应系统先抽真空，吸 放氢过程使用程序控温仪控制加热速率及温度，吸氢的起始压力为80-100atm。实验过程中 自动记录反应系统的氢压、程序温度以及热电偶实测温度随时间的变化。实施例1在充满Ar气的手套箱内，将摩尔比为1 0.5、1 0. 75,1 1、1 1. 25和 1 1.5 的 Li2NH 和 MgNH 分别与 0. 01、0. 03、0. 05、0. 08、0. 1 和 0. 15 摩尔的 KH 混合，装入 可以密封的不锈钢罐中，采用氩气保护，在行星式球磨机上进行球磨，球料比为60 1，转 速为500rpm。球磨后样品首先进行FTIR分析。图1所示为Li2NH-L 2MgNH_0. 15KH样品的 FTIR图谱。从图中可以看出，球磨后样品在3010-3275CHT1波数范围内，有一个不对称的宽 峰，吸收峰峰尖波数在3169CHT1左右，这主要是由Li2NH和MgNH红外吸收峰的叠加所致。随 后，球磨后样品进行吸氢性能测试，吸氢初始氢压为IOOatm，升温速率为1°C /min。表1列 出了上述混合样品的的吸氢起始温度和吸氢量。从表中数据可以看出，上述所有样品的吸 氢量均在4wt%以上，吸氢起始温度在50-10(TC左右。表1不同比例Li2NH、MgNH和KH混合物的吸氢起始温度及吸氢量
权利要求
1.一种锂镁氮氢复合储氢材料，其特征在于它成分为Li2NH-aMgNH-bKnX，其中X为H、 0、OH、BH4,卤素离子或酸根离子，0. 5≤a≤1.5，0. 01≤b≤0. 15，η为X的价态。
2.根据权利要求1所述的锂镁氮氢复合储氢材料，其特征在于所述的卤素离子为F—、 Cr、Bf 或 Γ。
3.根据权利要求1所述的锂镁氮氢复合储氢材料，其特征在于所述的酸根离子为 NO” 50:、CO:、ClCV 或 MnCV。
4.根据权利要求1所述的锂硼氮氢储氢材料的制备方法，其特征在于将钾化合物KnX 与Li2NH和MgNH以成分为Li2NH-aMgNH-bKnX，其中X为H、0、0H、BH4、卤素离子或酸根离子， 0.5<a<1.5，0.01<b<0.15，n*X的价态；化学计量摩尔比的混合物装入不锈钢罐 中，在真空或惰性气氛下，进行机械均勻混合后得到混合物。
全文摘要
本发明公开了一种锂镁氮氢复合储氢材料，该锂镁氮氢复合储氢材料的成分为Li2NH-aMgNH-bKnX，其中X为H、O、OH、卤素离子和酸根离子，0.5≤a≤1.5，0.01≤b≤0.15，n为X的价态。其制备方法是将钾化合物KnX与Li2NH和MgNH的混合物装入不锈钢罐中，在真空或惰性气氛下，采用机械混合的方式，将混合物均匀混合。本发明的锂镁氮氢复合储氢材料，储氢容量在5wt％以上，吸放氢温度低，放氢起始温度在70℃左右，放氢速度快，在150℃的条件下30min内可放出4.0wt％以上的氢，是一种性能优良的储氢材料。
文档编号H01M4/38GK102005570SQ20101052462
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者刘永锋, 李超, 潘洪革, 高明霞 申请人:浙江大学