专利名称：一种掺杂的Li-Mg-N-H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，尤其是一种掺杂的Li-Mg-N-H储氢材料。
背景技术：
能源和环境是目前人类社会发展面临的两大难题。氢能被誉为21世纪的绿色新能源，氢能的开发利用涉及氢气的制备、储存、运输和应用等技术，尤其是氢气的储存技术已成为氢能利用走向实用化、规模化的关键。材料基固态氢储存技术由于其高的氢储存能量密度、好的安全性，被认为是最具发展前景的一种储氢方式。因此，研究开发各种新型储氢材料一直是国内外储氢材料研究领域的重要课题。近年来，轻金属氮氢化物储氢材料由于其高的储氢容量，已成为人们关注的焦点。 2002年，新加坡国立大学的研究人员首先报道了 Li3N可以通过下列反应，可逆地吸放氢过 11. 的氢Li3N + IH1 ^ Li1NH + LiH + H2^ LiNH2 + ILiH但上述两步反应的热力学焓变分别高达116kJ/mol-H2和45kJ/mol-H2，导致其放氢温度较高以上)，放氢动力学缓慢。为了降低金属氮氢化物储氢材料的吸放氢温度，研究人员采用Mg元素部分替代Li元素，开发出了 Li-Mg-N-H体系储氢材料。研究发现， Mg (NH2) 2-2LiH材料在200°C、6MPa的条件下可以可逆地储放5. 5wt %的氢，吸放氢反应焓变降低到了 38. 9kJ/mol-H2,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Li-Mg-N-H储氢材料还存在放氢温度偏高、放氢速度较慢的缺点，其快速放氢温度在 180°C以上，尚不能满足实际应用的要求。因此，研究开发低放氢操作温度、高放氢速率的新型Li-Mg-N-H储氢材料迫在眉睫。
发明内容
本发明提供了一种储氢容量高、吸放氢温度低、放氢速度快、性能优良的掺杂的 Li-Mg-N-H储氢材料。一种掺杂的 Li-Mg-N-H 储氢材料，成分为 Mg (NH2) 2-xLiH_yI bnM，其中 M 为 F、Cl、Br、 I、H、0、OH、S 或酸根离子，η 为 M 的价态，2 彡 χ ^ 4,0. 01 ^ y ^ 0. 15。所述的酸根离子为ClOp BrOp I04\ NO” MnOp SO42"或 CO:。所述的M为F、H、0或OH。所述的掺杂的Li-Mg-N-H储氢材料Mg (NH2) 2-xLiH-yRbnM是在真空、氢气氛或惰性气氛下，通过机械球磨混合的方式获得，球料比为30 100 1(重量比)，转速为100 550rpmo本发明的掺杂的Li-Mg-N-H储氢材料，储氢容量保持在以上，较现有实用化的储氢合金提高了 3倍；由于Rb与N之间的相互作用弱化了 N-H之间的键合，导致材料吸放氢工作温度明显降低，放氢起始温度在110°C以下，较纯Li-Mg-N-H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40min内可放出3. Owt %以上的氢，是现有Li-Mg-N-H储氢材料放氢速度的3倍左右。因此，本发明的掺杂的Li-Mg-N-H材料是一种性能优良的储氢材料。
图1是Mg(NH2)2-2LiH-0. 03RbH样品和Mg(NH2)2_2LiH样品的放氢性能比较曲线；图2是Mg (NH2) 2-3LiH-0. 05RbF样品的等温放氢曲线；图3是Mg(NH2)2-4LiH_0. 15Rb0H放氢后样品的吸氢曲线；图4是Mg (NH2) 2-4LiH-0. OlRb2SO4放氢后样品和Mg (NH2) 2_2LiH放氢后样品的比较吸氢曲线。
具体实施例方式将Mg (NH2) 2、LiH与RbnM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、氢气氛或惰性气氛，球料比为30-100 1(重量比)，转速为 100-550rpm,制备得到包含有铷化合物的Li-Mg-N-H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50ppm。样品的傅立叶红外图谱(FTIR)在布鲁克Tensor 27傅立叶红外光谱仪上测试。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40-105atm。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 2的Mg(NH2)2和LiH分别与0.01、0. 03、 0. 05,0. 08,0. 1,0. 12和0. 15摩尔的RbH混合，装入可以密封的不锈钢罐中，球磨罐抽真空后，冲入50atm的氢气，采用氢气保护，在行星式球磨机上进行球磨，球料比为50 1，转速为500rpm。球磨后的样品进行放氢性能测试。表1列出了上述混合样品的放氢起始温度和放氢量。从表中数据可知，上述所有样品的放氢量均在4. 以上，放氢起始温度在 60-110°C 左右。表1 Mg (NH2) 2-2LiH-yRbH样品的放氢起始温度和放氢量
权利要求
1.一种掺杂的Li-Mg-N-H储氢材料，其特征在于它的成分为Mg(NH2)2-XLiH-yRbnM，其中M为F、Cl、Br、I、H、0、OH或酸根离子，η为M的价态，2彡χ彡4，0. 01彡y彡0. 15。
2.根据权利要求1所述的掺杂的Li-Mg-N-H储氢材料，其特征在于所述的酸根离子为 C104_、N03_、Mn04_、SO42-或 C032_。
3.根据权利要求1所述的掺杂的Li-Mg-N-H储氢材料，其特征在于所述的M为F、H、 0 或 0H。
4.根据权利要求1所述的掺杂的Li-Mg-N-H储氢材料，其特征在于所述的 Mg (NH2)2-xLiH-yRbnM储氢材料是在真空、氢气氛或惰性气氛下，将Mg (NH2) 2、LiH与RbnM以成分为Mg (NH2) 2-xLiH-yRbnM的化学计量摩尔比称量后，进行机械球磨混合得到的混合物， 其中M为F、Cl、Br、I、H、0、OH或酸根离子，η为M的价态，2彡χ ^ 4,0. 01 ^ y ^ 0. 15。
全文摘要
本发明公开了一种掺杂的Li-Mg-N-H储氢材料，该Li-Mg-N-H储氢材料的成分为Mg(NH2)2-xLiH-yRbnM，其中M为F、Cl、Br、I、H、O、OH或酸根离子，n为M的价态，2≤x≤4，0.01≤y≤0.15。其制备方法是在真空、氢气氛或惰性气氛下，将RbnM与Mg(NH2)2和LiH的混合物装入不锈钢罐中，采用机械混合的方式将混合物均匀混合得到。本发明的掺杂的Li-Mg-N-H储氢材料，具有储氢量高、工作温度适中、吸放氢速度快等优点，是一种性能优良的储氢材料。
文档编号H01M8/06GK102153050SQ20111004520
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月24日 优先权日2011年2月24日
发明者刘永锋, 李超, 潘洪革, 高明霞 申请人:浙江大学