2LiBH4-Li3AIH6体系的储氢性能研究

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LiBH4具有很高的重量储氢密度和体积储氢密度(18.5wt%和121kgH2/m3),是目前高容量新型储氢材料的研究热点。但其存在热力学性质稳定,放氢动力学缓慢,可逆储氢条件苛刻等缺点。本文在综述国内外有关LiBH4储氢材料研究进展的基础上,选取LiBH4基复合储氢体系为研究对象,运用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外(FTIR)、同步差示扫描量热法/热重(DSC/TG)、扫描电镜(SEM)、温控放氢(TPD)等测试技术,首先考察了LiBH4与Al单质、Al基配位氢化物(LiAlH4,NaAlH4,Li3AlH6)组成的复合体系的放氢行为,并着重对放氢性能最佳的2LiBH4-Li3AlH6体系的放氢反应机理以及过渡金属氟化物(CeF3,NiF2,TiF3)对该体系的催化改性进行系统研究。  对2LiBH4+M(M=Al,LiAlH4,NaAlH4,Li3AlH6)复合体系的放氢性能的研究结果表明:四种复合体系中只有2LiBH4-Li3AlH6体系能够实现充分放氢,且体系中Li3AlH6和LiBH4的起始放氢温度降低到190℃和320℃,其放氢动力学和热力学性能优于其它三种体系。进一步研究表明,2LiBH4-Li3AlH6体系的放氢过程分为两步:第一步为Li3AlH6分解为LiH、Al并放出氢气;第二步为LiBH4与Al反应生成LiH、AlB2和氢气,同时伴随LiBH4自分解生成LiH、B和氢气。2LiBH4-Li3AlH6体系的吸放氢循环可逆性较差,可逆相AlB2含量的降低是导致体系循环性能变差的直接原因。  通过对掺加5wt%氟化物(CeF3,NiF2,TiF3)的2LiBH4-Li3AlH6复合储氢体系的研究发现:三种氟化物对2LiBH4-Li3AlH6体系的放氢性能都有改善作用,其中掺加TiF3的2LiBH4-Li3AlH6体系的放氢性能最佳,其两步放氢温度分别为110℃和270℃,比未掺杂时分别降低了80℃和50℃。掺加TiF3后,2LiBH4-Li3AlH6体系中LiBH4的放氢表观活化能为118.3kJ/molH2,比未掺杂时降低了79.3kJ/molH2。并且,掺加TiF3的2LiBH4-Li3AlH6体系的可逆储氢性能得到了提高,原因是TiF3的催化作用加强了LiBt4和Li3AlH6的相互作用。  进一步研究发现,TiF3掺加量(0~15wt%)对2LiBH4-Li3AlH6体系的放氢性能有明显影响。随着TiF3掺加量的增加,体系中的放氢温度逐渐降低,放氢动力学性能提高,但有效放氢量有所降低。综合考虑得出结论:掺加10wt%TiF3对改善2LiBH4-Li3AlH6复合体系的放氢性能最为有效。
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