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在商业上切实可行的储氢材料是燃料电池产业特别是电池汽车能够在未来普及应用的关键技术。储氢材料需要具备安全可靠的性能,高的储氢容量和密度,还需要具备低成本的特点。美国能源部将用于燃料电池汽车的储氢材料的最低容量设定为6.5wt%、体积密度必须达到62kg/m3,同时能够在100atm的氢气压力和100-200℃下能够快速地充放氢。硼氢化锂(LiBH4)由于其较高的储氢容量(18.3wt.%)被认为是未来可应用的储氢材料之一。但其热力学性能较差,起始放氢温度更是达到了400℃。添加金属及其衍生物被证明是改性LiBH4储氢性能的一种有效的方式,本文通过金属的添加,系统研究了LiBH4-Ni,LiBH4-Al,及LiBH4-MoO2以及纳米态的Mo催化的LiBH4-MgH2符合体系的吸放氢性能。DSC-TGA-MS,TPD,PCT,XRD,TEM等用来对储氢材料的吸放氢性能以及储氢机理进行研究。
经过对不同镍含量的LiBH4-Ni复合储氢材料的吸放氢性能发现,Ni的添加可以使得LiBH4中大部分的氢在600℃之前完全释放。对LiBH4-Ni体系在320℃,350℃,和400℃下的PCT吸放氢测试得知其在上述不同温度下的平台压分别为0.23atm,0.57atm和1.03atm。同时在600℃和100atm氢压下,Ni添加的LiBH4体系可以实现部分可逆,可见其可逆性能要明显的优于纯LiBH4。
不同含量的铝的添加对LiBH4吸放氢性能的影响进行了系统的研究,发现铝的添加可以明显的改善LiBH4的储氢性能。初始放氢温度降低到了310℃,要比纯LiBH4的初始放氢温度低70℃。另外可逆性实验表明Al的添加可以使得LiBH4在600℃和30atm氢压下即可实现部分可逆,当氢气压力达到100atm时,该体系中的LiBH4可实现完全可逆。同时物相分析结果表明,LiBH4与Al的放氢反应分别由生成AlB2和AlLi的两步反应组成。循环吸放氢结果表明随着循环次数的增加,初始放氢温度逐渐增高,同时可逆容量逐渐降低。当将铝粉的尺度降低到纳米级别时,可以发现LiBH4的起始放氢温度可以降低到100℃的低温,在500℃之前可实现完全放氢,同时动力学结果表明,在350℃下,nano-Al改性的LiBH4可以在300min内释放12.5wt.%H2。
MoCl3添加的LiBH4-MgH2复合体系则可实现在300℃条件下,PCT测试结果表明其可逆吸放氢量达到了7wt.%。物相分析证明了MoCl3与LiBH4之间的氧化还原反应生成的纳米态Mo催化了该体系的吸放氢性能。从模拟结果可以看到,MoCl3添加的LiBH4-MgH2复合体系的活化能为~43KJmol-1H2,要比相应的纯LiBH4-MgH2复合体系的活化能低10KJmol-1,证实了纳米态的Mo对该体系的催化性能。