一種高容量儲氫材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高容量儲氫材料，該儲氫材料為硼氫化鋰和硼氫化鈉復合而成，硼氫化鋰和硼氫化鈉的摩爾比為(2?6)：1，其中，硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面有一層含碳氧、含氮氧或含碳氮氧的阻氫滲透層，碳氧、氮氧或碳氮氧擴散至硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面，在其表面發生原位反應得到阻氫滲透層，所述滲透層與硼氫化鈉、硼氫化鋰為一體，之間為無縫有效連接。本發明還公開了該高容量儲氫材料的制備方法。該儲氫材料儲氫容量高，熱穩定性好，環保，成本低。
【專利說明】
一種高容量儲氫材料及其制備方法
技術領域
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[0001 ]本發明涉及儲氫材料技術領域，具體的涉及一種高容量儲氫材料。
【背景技術】
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[0002]氫是一種潔凈高效的能源載體。氫既可從化石資源，也可從核能與可再生能源等多種一次能源制取，有利于我國能源多元化戰略的實現;在氫燃料的生產中便于實現0)2的集中處理，在使用中通過燃料電池可高效地將氫轉化為電和熱，，同時可實現近零排放。氫能被認為是連接化石能源向可再生能源過渡的重要橋梁，實現能源可持續供給和循環的重要能源載體之一。在未來的能源體系中，氫能可以成為與電能并重而互補的終端能源，滲透并服務于社會經濟生活的各個方面，從而為國家的能源安全和環境保護做出重要貢獻。
[0003]氫能的規模化應用必須解決氫的制取、儲運和應用三大相關技術。由于氫氣存在易燃、易爆、易擴散，以及常溫常壓條件下的體積能量密度低(只有汽油的三千分之一)等問題，儲氫技術已成為制約氫能發展的瓶頸。因此，發展高能量密度、高效率和安全的氫儲運技術是必須解決的關鍵技術問題。
[0004]硼氫化鈉作為化學儲氫材料具有理論儲氫容量高，能量密度大，安全可靠等優點，為目前重點研究的儲氫材料之一，按照Amendola等人[112’118]報道的硼氫化鈉水溶液的配比為:20wt.^NaBH4，1wt.%NaOH，70wt %出0，其重量儲氫能力為4.2wt.%，體積儲氫能力為42.Sg(H2)IT113硼氫化鋰(LiBH4)是代表性的配位金屬硼氫化物，其重量氫密度高達18.4wt%,但是目前的儲氫材料熱穩定性較差，在一定的溫度下，氫容易釋放出來，從而造成儲氫量的降低。
【發明內容】
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[0005]本發明的目的是提供一種高容量儲氫材料，該儲氫材料儲氫容量高，密度大，穩定性好。
[0006]本發明的另一個目的是提供該高容量儲氫材料的制備方法。
[0007]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0008]—種高容量儲氫材料，該儲氫材料為硼氫化鋰和硼氫化鈉復合而成，硼氫化鋰和硼氫化鈉的摩爾比為(2-6):1，其中，硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面有一層含碳氧、含氮氧或含碳氮氧的阻氫滲透層，碳氧、氮氧或碳氮氧擴散至硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面，在其表面發生原位反應得到阻氫滲透層，所述滲透層與硼氫化鈉、硼氫化鋰為一體，之間為無縫有效連接。
[0009]作為上述技術方案的優選，所述阻氫滲透層的厚度為200-500nm。
[0010]—種高容量儲氫材料的制備方法，包括以下步驟:
[0011](I)將硼氫化鋰、硼氫化鈉混合放入球磨罐，在惰性氣體中球磨12-15h，球磨后清洗，干燥，得到硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物；
[0012](2)將源物質和硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物放入反應釜中，密封，控制反應釜中的壓強為 1X10—5-101KPa;
[0013](3)將反應釜置于加熱爐中，開始以50-100°C/分的速度升溫至300°C，恒溫5-10h，然后以200-300°C/分的速度升溫至600°C，恒溫30-40h，最后以700°C/分的速度升溫至9000C，恒溫20-50h，恒溫結束后自然冷卻至室溫，得到高容量儲氫材料。
[0014]作為上述技術方案的優選，步驟(I)中，所述球磨的條件為:球料比為25-28:1，轉速為500轉/分，球磨12h。
[0015]作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述源物質為碳氮氧源物質；或碳氧源物質;或氮源物質、碳源物質中的一種以上與氧源物質的混合物;或為氧源物質、氮源物質、碳源物質中的一種以上與碳氧源物質的混合物;或為氧源物質、氮源物質、碳源物質、碳氧源物質中的一種以上與碳氮氧源物質的混合物。
[0016]作為上述技術方案的優選，所述碳氮氧源物質為碳酰胺、丙烯酰胺、碳酸銨、碳酸氫銨中的一種或多種混合。
[0017]作為上述技術方案的優選，所述氮源物質為含氮無機化合物。
[0018]本發明具有以下有益效果:
[0019]本發明采用硼氫化鈉、硼氫化鋰作為復合儲氫材料，并合理控制二者的含量，同時在硼氫化鈉、硼氫化鋰表面分別覆蓋一層阻氫滲透層，大大提高了儲氫材料的熱穩定性，其儲氫量也得到改善；
[0020]且本發明是在硼氫化鈉、硼氫化鋰表面原位反應制備的阻氫滲透層，其與基體結合緊密，該阻氫滲透層致密、連續，阻氫性能好。
【具體實施方式】
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[0021]為了更好的理解本發明，下面通過實施例對本發明進一步說明，實施例只用于解釋本發明，不會對本發明構成任何的限定。
[0022]實施例1
[0023]—種高容量儲氫材料，該儲氫材料為硼氫化鋰和硼氫化鈉復合而成，硼氫化鋰和硼氫化鈉的摩爾比為2:1，其中，硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面有一層含碳氧的阻氫滲透層，碳氧擴散至硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面，在其表面發生原位反應得到阻氫滲透層，所述滲透層與硼氫化鈉、硼氫化鋰為一體，之間為無縫有效連接。
[0024]其制備方法包括以下步驟:
[0025](I)將硼氫化鋰、硼氫化鈉混合放入球磨罐，在惰性氣體中球磨12h，球料比為25:1，球磨轉速為500轉/分，球磨后清洗，干燥，得到硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物；
[0026](2)將碳酸鈣和硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物放入反應釜中，密封，控制反應釜中的壓強為I X 10—5KPa;
[0027](3)將反應釜置于加熱爐中，開始以50°C/分的速度升溫至300°C，恒溫5h，然后以200 0C /分的速度升溫至600 0C，恒溫30h，最后以700 °C /分的速度升溫至900 °C，恒溫20h，恒溫結束后自然冷卻至室溫，得到高容量儲氫材料。
[0028]實施例2
[0029]—種高容量儲氫材料，該儲氫材料為硼氫化鋰和硼氫化鈉復合而成，硼氫化鋰和硼氫化鈉的摩爾比為6:1，其中，硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面有一層含氮氧的阻氫滲透層，氮氧擴散至硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面，在其表面發生原位反應得到阻氫滲透層，所述滲透層與硼氫化鈉、硼氫化鋰為一體，之間為無縫有效連接。
[0030]其制備方法包括以下步驟:
[0031](I)將硼氫化鋰、硼氫化鈉混合放入球磨罐，在惰性氣體中球磨15h，球料比為28:1，球磨轉速為500轉/分，球磨后清洗，干燥，得到硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物；
[0032](2)將氧化錳、氮化錳和硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物放入反應釜中，密封，控制反應釜中的壓強為1X10—5-101KPa;
[0033](3)將反應釜置于加熱開始以100°C/分的速度升溫至300°C，恒溫10h，然后以300°C/分的速度升溫至600°C，恒溫40h，最后以700°C/分的速度升溫至900°C，恒溫50h，恒溫結束后自然冷卻至室溫，得到高容量儲氫材料。
[0034]實施例3
[0035]—種高容量儲氫材料，該儲氫材料為硼氫化鋰和硼氫化鈉復合而成，硼氫化鋰和硼氫化鈉的摩爾比為3:1，其中，硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面有一層含碳氧的阻氫滲透層，碳氧擴散至硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面，在其表面發生原位反應得到阻氫滲透層，所述滲透層與硼氫化鈉、硼氫化鋰為一體，之間為無縫有效連接。
[0036]其制備方法包括以下步驟:
[0037](I)將硼氫化鋰、硼氫化鈉混合放入球磨罐，在惰性氣體中球磨13h，球料比為26:1，球磨轉速為500轉/分，球磨后清洗，干燥，得到硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物；
[0038](2)將碳酸鎂和硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物放入反應釜中，密封，控制反應釜中的壓強為I X 10—4KPa;
[0039](3)將反應釜置于加熱爐中，開始以60°C/分的速度升溫至300°C，恒溫6h，然后以200 °C/分的速度升溫至600 0C，恒溫32h，最后以700 °C/分的速度升溫至900 °C，恒溫30h，恒溫結束后自然冷卻至室溫，得到高容量儲氫材料。
[0040]實施例4
[0041]—種高容量儲氫材料，該儲氫材料為硼氫化鋰和硼氫化鈉復合而成，硼氫化鋰和硼氫化鈉的摩爾比為4:1，其中，硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面有一層含氮氧的阻氫滲透層，氮氧擴散至硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面，在其表面發生原位反應得到阻氫滲透層，所述滲透層與硼氫化鈉、硼氫化鋰為一體，之間為無縫有效連接。
[0042]其制備方法包括以下步驟:
[0043](I)將硼氫化鋰、硼氫化鈉混合放入球磨罐，在惰性氣體中球磨13.5h，球料比為27:1，球磨轉速為500轉/分，球磨后清洗，干燥，得到硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物；
[0044](2)將氧化銅、氮化銅和硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物放入反應釜中，密封，控制反應釜中的壓強為I X 10—3KPa;
[0045](3)將反應釜置于加熱爐中，開始以70°C/分的速度升溫至300°C，恒溫7h，然后以300 °C/分的速度升溫至600 0C，恒溫34h，最后以700 °C/分的速度升溫至900 °C，恒溫35h，恒溫結束后自然冷卻至室溫，得到高容量儲氫材料。
[0046]實施例5
[0047]—種高容量儲氫材料，該儲氫材料為硼氫化鋰和硼氫化鈉復合而成，硼氫化鋰和硼氫化鈉的摩爾比為5:1，其中，硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面有一層含碳氮氧的阻氫滲透層，碳氮氧擴散至硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面，在其表面發生原位反應得到阻氫滲透層，所述滲透層與硼氫化鈉、硼氫化鋰為一體，之間為無縫有效連接。
[0048]其制備方法包括以下步驟:
[0049](I)將硼氫化鋰、硼氫化鈉混合放入球磨罐，在惰性氣體中球磨14h，球料比為27:1，球磨轉速為500轉/分，球磨后清洗，干燥，得到硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物；
[0050](2)將碳酰胺、碳酸銨和硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物放入反應釜中，密封，控制反應釜中的壓強為10Pa;
[0051](3)將反應釜置于加熱爐中，開始以80°C/分的速度升溫至300°C，恒溫8h，然后以200 °C/分的速度升溫至600 0C，恒溫36h，最后以700 °C/分的速度升溫至900 °C，恒溫40h，恒溫結束后自然冷卻至室溫，得到高容量儲氫材料。
[0052]實施例6
[0053]—種高容量儲氫材料，該儲氫材料為硼氫化鋰和硼氫化鈉復合而成，硼氫化鋰和硼氫化鈉的摩爾比為6:1，其中，硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面有一層含碳氮氧的阻氫滲透層，碳氮氧擴散至硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面，在其表面發生原位反應得到阻氫滲透層，所述滲透層與硼氫化鈉、硼氫化鋰為一體，之間為無縫有效連接。
[0054]其制備方法包括以下步驟:
[0055](I)將硼氫化鋰、硼氫化鈉混合放入球磨罐，在惰性氣體中球磨14.5h，球料比為28:1，球磨轉速為500轉/分，球磨后清洗，干燥，得到硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物；
[0056](2)將源物質和硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物放入反應釜中，密封，控制反應釜中的壓強為50KPa;
[0057](3)將反應釜置于加熱爐中，開始以90°C/分的速度升溫至300°C，恒溫9h，然后以200 0C /分的速度升溫至600 0C，恒溫38h，最后以700 °C /分的速度升溫至900 °C，恒溫45h，恒溫結束后自然冷卻至室溫，得到高容量儲氫材料。
【主權項】
1.一種高容量儲氫材料，其特征在于，該儲氫材料為硼氫化鋰和硼氫化鈉復合而成，硼氫化鋰和硼氫化鈉的摩爾比為(2-6): 1，其中，硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面有一層含碳氧、含氮氧或含碳氮氧的阻氫滲透層，碳氧、氮氧或碳氮氧擴散至硼氫化鈉、硼氫化鋰的表面，在其表面發生原位反應得到阻氫滲透層，所述滲透層與硼氫化鈉、硼氫化鋰為一體，之間為無縫有效連接。2.如權利要求1所述的一種高容量儲氫材料，其特征在于，所述阻氫滲透層的厚度為200_500nmo3.如權利要求1或2所述的一種高容量儲氫材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將硼氫化鋰、硼氫化鈉混合放入球磨罐，在惰性氣體中球磨12-15h，球磨后清洗，干燥，得到硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物； (2)將源物質和硼氫化鋰、硼氫化鈉混合物放入反應釜中，密封，控制反應釜中的壓強為1X10—5-101KPa; (3)將反應釜置于加熱爐中，開始以50-100°C/分的速度升溫至300°C，恒溫5-10h，然后以200-300 0C /分的速度升溫至600 0C，恒溫30_40h，最后以700 °C /分的速度升溫至900 °C，恒溫20-50h，恒溫結束后自然冷卻至室溫，得到高容量儲氫材料。4.如權利要求3所述的一種高容量儲氫材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述球磨的條件為:球料比為25-28:1，轉速為500轉/分，球磨12h。5.如權利要求3所述的一種高容量儲氫材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述源物質為碳氮氧源物質;或碳氧源物質;或氮源物質、碳源物質中的一種以上與氧源物質的混合物;或為氧源物質、氮源物質、碳源物質中的一種以上與碳氧源物質的混合物;或為氧源物質、氮源物質、碳源物質、碳氧源物質中的一種以上與碳氮氧源物質的混合物。6.如權利要求5所述的一種高容量儲氫材料的制備方法，其特征在于，所述碳氮氧源物質為碳酰胺、丙烯酰胺、碳酸銨、碳酸氫銨中的一種或多種混合。7.如權利要求5所述的一種高容量儲氫材料的制備方法，其特征在于，所述氮源物質為含氮無機化合物。
【文檔編號】C01B3/00GK105947975SQ201610260741
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】王文慶
【申請人】東莞市聯洲知識產權運營管理有限公司