MgLi合金氢化物合成及其水解性能

• 作 者: 江军
• 出 处: 华南理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 水解制氢 反应球磨 镁锂合金 氢化物 铝粉

镁或铝基合金或氢化物水解材料具有地壳储量丰富、理论产氢量高、氢气纯度高、以及水解产物对环境友好等优点,被认为是十分具有前景的制氢材料。但水解过程中形成的氢氧化镁或氧化铝钝化膜会阻碍内部的镁或铝与水进一步接触反应,导致动力学缓慢和产氢量低。本文通过球磨制备了Mg Li-膨胀石墨（EG）复合材料、Mg Li-Al/-Mg Cl₂复合材料以及Mg Li氢化物（H-Mg Li）,并探讨了其水解制氢性能,阐明了不同体系中产物回收的优势。旨在获得优异水解动力学和高制氢密度的Mg Li复合制氢材料,为便携式电子设备实时供氢需求提供备选。首先,基于膨胀石墨价格低廉、比表面积大以及可与合金形成原电池优化水解性能等特点。本文引入EG作为Mg Li的改性添加剂,优化了水解溶液、球磨时间和EG添加量对水解性能的影响,探究了Mg Li-EG复合材料的水解制氢性能,阐明了Cl^-和EG对水解动力学的提升作用,阐明了EG添加量对Mg Li化学稳定性的影响。实验表明,Mg-10 wt%EG在2 min内可以产生964 m L/g（8.6 wt%）的氢气,在空气中暴露10 min后,检测其水解制氢量下降不多,而且Mg Li-EG复合制氢材料水解后的产物自动分离易回收。其次,鉴于EG本身无法参与水解制氢及纯Mg H₂或Li H合成成本较高。为进一步提升体系的水解制氢量,通过反应加氢球磨合成了相应的氢化物（H-Mg Li）,阐明了反应球磨的氢化机理和水解机理。为排除溶液中离子的影响,在去离子水中检测其水解动力学性能,1 min内可水解释放1250 m L/g（11.1 wt%）的氢气。此外,还阐明了加氢反应球磨过程中颗粒“自大而小”的细化和氢化物形成的特殊作用。初始1 mm的Mg Li颗粒在反应球磨过程中剥离出许多2.0μm和0.3μm细小颗粒,随后小颗粒的形貌逐渐向球形演变,最终H-Mg Li的颗粒尺寸小于30μm;颗粒细化时比表面积增大,又有利于氢化物的合成。通过加氢反应球磨可获得制氢密度高、水解动力学优异的金属氢化物,及对材料初始颗粒尺寸要求不大的特点,便于简单应用。为进一步提高反应球磨的H-Mg Li的氢化程度,采用高温高氢压对Mg Li合金进行了氢化处理,5 min内可产生1773 m L/g氢气,制氢量达到15.8 wt%,具有“快速启动,稳定运行”的制氢特性。最后,为充分发挥Al含量丰富、轻质、成本低和制氢量较Mg大的优势,本文在保持Mg Li水解制氢性能的同时与Al复合,构建了Mg Li-Al和Mg Li-Al-5 wt%Mg Cl₂复合制氢体系,检测了反应球磨获得的Mg Li-Al复合材料（H-Mg Li-Al）的水解性能,阐明了水解机理,在无卤化盐存在下提高了Al的水解制氢动力学。H-Mg Li-Al有优异的水解动力学,Al的转化率至少为78%,水解产物中Li结合Al以Li Al₂（OH）₇·2H₂O沉淀。