[發明專利]一種制備儲氫材料的方法

在審

• 申請號: 201910687151.1
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN112299366A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 曹湖軍;陳萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00;C01B6/04;C01B6/24;C01B21/092
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 張瑩

本申請公開了一種制備儲氫材料的方法，所述方法包括：將含有金屬廢渣料的原料在氣氛中發生反應，獲得所述儲氫材料；其中，所述氣氛包括純氫氣、純氨氣、氫氣和氨氣混合氣體。此法可以安全、廉價、大規模制備金屬基儲氫材料，使金屬基儲氫材料的制備成本大幅度降低。同時該法還可有效對金屬廢渣料進行回收利用轉變為高附加值產品，從而減輕金屬廢渣料對環境和金屬過渡開采過程中的污染。廉價儲氫材料的制備和金屬廢渣料的回收利用雙劍合璧有利于進一步推進綠色能源的開發利用和減輕環境污染，因此利用金屬廢渣料為原料直接廉價規模合成儲氫材料極具重要實用價值。

技術領域

本申請屬于儲氫技術領域，具體來講涉及一種制備儲氫材料的方法。

背景技術

化石能源的日益耗竭及其使用過程中伴隨的環境污染迫使人類去尋找和開發環境友好、儲量豐富、價格低廉的清潔可再生能源。氫具有含量豐富、單位質量能量密度高、產物(水)無污染、利用形式多樣化等優點，而被納入新能源中，擔當能源載體的角色。氫能一旦大規模應用，氫能經濟將對人類社會產生重大影響。為迎接氫能經濟的到來各國紛紛制定了相關的氫能經濟發展路線圖。美國、德國、日本等國家相繼將發展氫能產業提升到國家能源戰略高度。自2016年以來，我國也明確將氫能納入國家能源戰略部署中，明確提出開發氫能、燃料電池等新一代能源技術。氫能應用過程中，氫氣的存儲及運輸是其薄弱環節。雖然，由碳纖維組成的高壓罐(700atm)的質量儲氫密度已基本滿足車載儲氫的要求，也是目前車載儲氫的主流，然其罐體成本高、技術被國外壟斷且700atm高壓操作民眾接受程度差，因此并非最佳儲氫方案。固體氫化物儲氫尤其是近期發展的輕質復合氫化物，如NaAlH₄、LiBH₄、LiBH₄-MgH₂、Mg(NH₂)₂-2LiH等，因其體積儲氫密度高，無需高壓和低溫操作而備受關注。

1997年，Borislav等通過在NaAlH₄中摻雜Ti催化劑實現了180℃以內可逆吸脫氫，從而激起了固體堿/堿土金屬鋁氫化物作為儲氫材料的研究熱潮。該工作也引領了復合氫化物儲氫材料的廣泛發展，科研工作者在近23年內開發了大量新型高容量復合氫化物儲氫材料，其中不少材料表現出優異的儲氫性能。復合氫化物是目前儲氫材料發展的重要分支，它在高容量儲氫材料中占有重要席位。復合氫化物通常包含鋁氫化物，氮基金屬化合物和硼氫化物。硼氫化物的儲氫容量高，如LiBH₄的儲氫容量大于18wt％，然而它們的脫氫熱力學十分穩定，吸脫氫操作溫度在300℃以上。迄今為止，在眾多的復合氫化物儲氫材料中，僅Mg(NH₂)₂-nLiH和NaAlH₄因溫和的脫氫反應焓值(Mg(NH₂)₂-2LiH的ΔH≈38.9kJ/mol-H₂；NaAlH₄的ΔH≈40.9kJ/mol-H₂)和合理的可逆儲氫容量而接近車載儲氫應用要求。

Mg(NH₂)₂-2LiH體系，其重量儲氫密度為5.6wt％；其焓值～40kJ(molH₂)^-1根據范霍夫方程計算可知其釋放1大氣平衡氫壓所需的溫度約為90℃，這與質子交換膜燃料電池(PEMFC)工作溫度非常吻合；同時Mg(NH₂)₂-2LiH體系循環穩定性較好；此外它的體積儲氫密度高達～70KgH₂/m³，這是700atm高壓儲氫罐體積儲氫密度的3倍；故而被認為是最具車載應用前景的一種儲氫材料。