[發明專利]采用固體硼氫化鈉和結晶水合物反應緩釋氫氣的方法

有效

• 申請號: 201410353380.7
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104129755A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 王平;戴洪斌;莊大為
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C01B3/06
• 分類號: C01B3/06
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及儲氫和制氫技術，具體為一種采用固體硼氫化鈉和結晶水合物反應緩釋氫氣的方法。

背景技術

發展高效儲氫/制氫技術是推動氫能規?；虡I應用的關鍵環節。相比于高壓氫瓶和低溫液氫，材料基固態儲氫在操作安全性、能源效率及理論儲氫密度方面具有顯著優勢，被公認為最具發展前景的儲氫方式。固態儲氫材料可依充氫方式劃分為可逆與非可逆儲氫材料兩大類，后者亦稱化學氫化物。不同于可逆儲氫材料，化學氫化物在完成放氫后，需通過集中式化工過程完成氫化物再生。在可逆儲氫技術面臨嚴峻挑戰的現今階段，化學氫化物提供了分離處理放氫/吸氫環節的技術方案，為研發實用型移動氫源系統拓展了新的廣闊研究空間。

NaBH₄+2H₂O→NaBO₂+4H₂↑+210kJ?????(1)

化學氫化物包括堿金屬、堿土金屬氫化物及其硼氫化物和氨基硼烷等，其中硼氫化鈉(NaBH₄)最具代表性。NaBH₄在適當條件下，依式(1)發生水解反應，放出氫氣，其制氫速率可以在催化劑的作用下顯著提高。NaBH₄催化水解制氫的優點在于：(1)儲氫效率高，其理論儲氫密度達10.8wt％，操作安全，無環境負面效應；(2)反應條件溫和，可在室溫甚至更低溫度下實現制氫；(3)制得的氫氣純度高，不產生有害氣體雜質，可直接供燃料電池使用。

上述特點決定了NaBH₄水解制氫在多種移動式/便攜式電源方面具有良好的應用潛力。近年，各國學者通過對該體系的研究取得了顯著進展，例如：高效廉價水解制氫催化劑的研制，水解制氫體系的構建，反應動力學規律的認識及制氫裝置的研制等。但是，要實現持續、高效NaBH₄水解緩釋氫氣，為微型燃料電池提氫源，仍存在以下問題：(1)目前已研制的NaBH₄水解制氫體系反應速率過快，致使氫氣因積累過多帶來安全隱患；(2)受限于NaBH₄和副產物偏硼酸鈉(NaBO₂)在水中的溶解度，致使溶液基NaBH₄水解制氫體系的實際有效儲氫密度遠低于其理論值，僅為1–2wt％；(3)催化劑的耐久性差，隨著催化水解反應進行，催化劑的活性衰減嚴重。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提出一種采用固體硼氫化鈉(NaBH₄)和結晶水合物反應緩釋氫氣的方法，不需催化劑，具有操作簡單、對裝置要求低、燃料轉化率高等優點，適用于微型燃料電池氫源，可以為微型燃料電池提供高效、持續、穩定的氫源。

本發明的技術方案是：

一種采用固體硼氫化鈉和結晶水合物反應緩釋氫氣的方法，采用固體硼氫化鈉和結晶水合物反應緩釋氫氣，制氫原料完全為固體，由固體燃料和結晶水合物兩部分組成，固體燃料和結晶水合物重量比例為1：(3.5–7.3)；所述固體燃料中，按重量百分含量計，堿含量為0–2％，余量為硼氫化鈉。

所述的采用固體硼氫化鈉和結晶水合物反應緩釋氫氣的方法，固體燃料中含有堿時，堿優選為氫氧化鈉。

所述的采用固體硼氫化鈉和結晶水合物反應緩釋氫氣的方法，結晶水合物為含水的堿金屬鹽。

所述的采用固體硼氫化鈉和結晶水合物反應緩釋氫氣的方法，結晶水合物優選為十水硫酸鈉、十水碳酸鈉或四水偏硼酸鈉。

所述的采用固體硼氫化鈉和結晶水合物反應緩釋氫氣的方法，將固體燃料和結晶水合物混合，即可制氫。

所述的采用固體硼氫化鈉和結晶水合物反應緩釋氫氣的方法，通過調節固體燃料中氫氧化鈉的含量調控制氫速率。

本發明的設計原理是：

將固體燃料和結晶水合物兩種固體粉末混合后，由于NaBH₄易吸水，在其作用下，結晶水合物失去部分結晶水，發生如下反應：

Na₂SO₄·10H₂O→Na₂SO₄·H₂O+9H₂O?????(2)

Na₂CO₃·10H₂O→Na₂CO₃·H₂O+9H₂O?????(3)