[發(fā)明專利]金屬酰肼材料有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 200980156879.6 | 申請(qǐng)日： | 2009-12-22 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN102369207A | 公開（公告）日： | 2012-03-07 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 大衛(wèi)·邁克爾·安東內(nèi)利 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 溫莎大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | C07F11/00 | 分類號(hào)： | C07F11/00;B01J20/26;C06B43/00;C07F7/28;C07F9/00;C08G79/00;F02K9/08;C01B3/00;H01M8/00 |
| 代理公司： | 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219 | 代理人： | 張珂珂;郭國清 |
| 地址： | 加拿大*** | 國省代碼： | 加拿大;CA |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 金屬 材料 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及金屬酰肼材料，并且特別涉及用于儲(chǔ)氫的金屬酰肼聚合物。
背景技術(shù)
氫是熟知的具有當(dāng)前使用的烴燃料、例如汽油三倍以上的按質(zhì)量計(jì)算的能量密度的替代能源。但是，氫具有難以儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)。使用目前的技術(shù)，儲(chǔ)氫具有相對(duì)于烴燃料較低的按體積計(jì)算的儲(chǔ)能密度。因此，在所有其它因素相同的條件下，為了儲(chǔ)存相同量的能量，氫儲(chǔ)存比烴燃料儲(chǔ)存需要大得多和重得多的儲(chǔ)罐。
重量容量是測(cè)量每單位質(zhì)量的儲(chǔ)存系統(tǒng)可以儲(chǔ)存的氫的量的量度。體積容量是測(cè)量每單位體積的儲(chǔ)存系統(tǒng)可以儲(chǔ)存的氫的量的量度。美國能源部(DOE)設(shè)立了2010年和2015年的儲(chǔ)氫目標(biāo)。到2010年為止，DOE目標(biāo)是儲(chǔ)氫達(dá)到重量容量約為6wt％和體積容量約為60kg/m3。到2015年為止，DOE目標(biāo)是儲(chǔ)氫達(dá)到重量容量約為9wt％和體積容量約為80kg/m3。
壓縮技術(shù)用來增加氣壓和提高氫的按體積計(jì)算的儲(chǔ)能密度。這允許儲(chǔ)罐小一些。但是，壓縮氫需要大量的能量，通常占所儲(chǔ)能量的30％。而且，這樣的壓縮技術(shù)需要大的壓力容器。
儲(chǔ)氫的另一種技術(shù)包括將氫氣轉(zhuǎn)化為液氫。這種技術(shù)需要低溫儲(chǔ)存，因?yàn)闅渚哂泻艿偷姆悬c(diǎn)-252.882℃或-423.188℉。氫液化需要大量能量以保持極低的溫度。而且，為防止液氫蒸發(fā)，液氫的儲(chǔ)罐需要復(fù)雜且昂貴的隔熱層。另外，液氫具有比烴燃料、例如汽油更低的按體積計(jì)算的能量密度，大約是其1/4。
儲(chǔ)氫的另一技術(shù)包括使H2和另一種化合物反應(yīng)。金屬氫化物，例如LiH和NaAlH4，通常用于這種技術(shù)中。但是，氫化物具有暴露在潮濕空氣中通常易燃的缺點(diǎn)，而且對(duì)人類來說是有毒的。
當(dāng)氫和金屬氫化物反應(yīng)時(shí)，放出大量的熱。放熱時(shí)，必須采取冷卻步驟以防止系統(tǒng)中溫度顯著上升，并且該冷卻步驟構(gòu)成系統(tǒng)的能量損失。
汽車或卡車可以配備一個(gè)包含與氫反應(yīng)的金屬氫化物的儲(chǔ)罐。但是，將氫充入儲(chǔ)罐是一個(gè)緩慢的過程，常常需要3分鐘以上。同樣，使用金屬氫化物儲(chǔ)氫，需要一個(gè)相對(duì)于用來儲(chǔ)存烴燃料的儲(chǔ)罐更大和更重的儲(chǔ)罐。
為了從所述金屬氫化物中釋放氫，需要將金屬氫化物加熱至高達(dá)250℃的溫度。該加熱步驟導(dǎo)致顯著的能量損失。
發(fā)明概述
本發(fā)明提供新的聚合物。一方面，本發(fā)明提供一種包括-[MN2]-作為重復(fù)單元的聚合物，其中M選自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zr、Nb、Mo及其混合物。另一方面，本發(fā)明提供一種包括-[M2N3]-作為重復(fù)單元的聚合物，其中M選自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zr、Nb、Mo及其混合物。
另一方面，本發(fā)明提供一種包括選自-[MN2]-、-[M2N3]-及其混合物的重復(fù)單元的聚合物，其中M選自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zr、Nb、Mo及其混合物。
為了至少部分地克服以前所知的儲(chǔ)氫技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供用于儲(chǔ)氫的新的聚合物和化合物、制備這種聚合物和化合物的方法、使用這種聚合物和化合物儲(chǔ)氫的方法和使用這種聚合物和化合物儲(chǔ)氫的系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于儲(chǔ)氫的新材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供可以儲(chǔ)存和釋放氫的材料，在結(jié)合或釋放氫的過程中不需要輸入大量能量。
M優(yōu)選為過渡金屬，更優(yōu)選為前過渡金屬。M優(yōu)選選自Ti、V、Cr及其混合物。M更優(yōu)選為Ti或V。
本發(fā)明的聚合物優(yōu)選為凝膠形式或固態(tài)形式。本發(fā)明的聚合物優(yōu)選為結(jié)晶形式。
本發(fā)明的聚合物可以在聚合物結(jié)構(gòu)中包括一種或多種殘留基團(tuán)。優(yōu)選所述一種或多種殘留基團(tuán)的存在量為聚合物的40重量％或更少、以及更優(yōu)選為聚合物的25重量％或更少、以及更優(yōu)選為聚合物的10重量％或更少。優(yōu)選所述一種或多種殘留基團(tuán)包括一種或多種選自C、N和H的原子。
本發(fā)明的聚合物優(yōu)選用于儲(chǔ)氫。本發(fā)明的聚合物能夠結(jié)合和儲(chǔ)存氫，不需要任何顯著的熱能輸入以促進(jìn)結(jié)合。在室溫20℃至25℃和壓力75至90atm下，其中M是Ti的本發(fā)明的聚合物可以優(yōu)選儲(chǔ)存氫的重量容量為4至9wt％和體積容量為80至180kg/m3、以及更優(yōu)選重量容量為6wt％和體積容量為150kg/m3。
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