[發明專利]用于產生氫的鋁復合物及其制備方法

在審

• 申請號: 202211626523.8
• 申請日: 2022-12-16
• 公開（公告）號: CN116534794A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: A·切爾諾斯夫;陳銳斌
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: C01B3/08
• 分類號: C01B3/08;C01B4/00
• 代理公司: 北京世峰知識產權代理有限公司 11713
• 代理人: 王建秀;劉小立

一種產生氫的方法，包括使水溶液與包含鋁、AlN、γ?Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和任選的碳質材料的活性鋁復合物接觸。活性鋁復合物可安全儲存，并可用于水中安全的按需產生氫。

相關申請的交叉引用

本申請要求2021年12月24日提交的第63/293,668號美國臨時專利申請的優先權，其全部通過引用并入本文。

技術領域

本公開一般涉及用于產生氫氣的鋁復合物及其使用方法。

背景技術

氫在交通運輸業中越來越多地取代化石燃料，因為它的燃燒只產生水而非空氣污染氣體。傳統的大規模制氫方法包括天然氣的蒸汽重整、煤氣化和電解。氫配送技術和管道仍處于早期開發階段。因此，制造商通常在壓力低于150巴的鋼制容器中輸送H₂。在這個壓力下，65kg的鋼瓶只能攜帶大約0.5kg的H₂，或者以重量H₂密度(gravimetric?H₂?density)計為約0.8重量％。新技術提出了重量更輕的碳纖維增強聚合物(CFRP)氣瓶，在最高700巴的更高的壓力下可容納約五倍更多的H₂。然而，這些聚合物復合物容器成本高且在高溫下不穩定。值得注意的方法是將H₂儲存在固態材料中，例如金屬氫化物MH_n、鋁氫化物MAl(H₄)_n、酰胺類M(NH₂)_n、硼氫化物M(BH₄)_n。盡管絡合化合物可具有最高17重量％的重量H₂密度，但這些金屬氫化物需要化學反應物來使H₂再生。其他選擇是可商購的鋼制罐形式的可逆室溫合金(例如FeTiH_1.7或LaNi₅H₆)，用于在15巴至30巴的壓力下充注和排放。這些合金具有相對較低的重量H₂密度，約為2重量％，當包含在鋼罐中時，該重量H₂密度進一步降至1重量％。盡管如此，對于超過10,000次充入/排放循環的容量，該選項在經濟上是可行的。

氫可以通過細金屬顆粒在水中的加速腐蝕(氧化)產生。鋁是一種含量豐富且重量輕的元素，其重量H₂密度為約11重量％。加入水和促進劑后，在大氣壓力下氧化產生氫：

Al+3H₂O→Al(OH)₃+1.5H₂(g),ΔH_RT≈-4.3kWh/kg_Al

(1)

該反應產生大量的熱(4.3kWh/kg_Al)，產生氫氧化鋁粘土，其廣泛用作阻燃材料、醫療應用并具有其他用途。這項技術有望用于偏遠城鎮、村莊和海上船只的氫備份系統。然而，由于可以通過形成am-Al₂O₃層而容易地修復天然氧化鋁表層的鈍化機制，Al顆粒不能在純水中被氧化。因此，氧化鋁表層的連續破壞需要細小鋁顆粒、高溫(100℃)、酸性(低pH)或堿性(高pH)溶液、電流及其組合。鋁氧化最有效的促進劑是氫氧化物NaOH、KOH和Ca(OH)₂，但NaOH溶液的摩爾濃度例如為1M至5M(4重量％至20重量％的NaOH)。這使得填裝鋁顆粒的系統在儲存和操作中很麻煩。因此，大多數由細小鋁顆粒產生H₂的方法都會優化甚至排除水中的堿性添加劑。