Li-Al-N-H复合体系储氢特性研究

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相比传统能源,氢能具有能量密度大、可再生、环境友好等突出的优点,是一种较理想的绿色能源,而储氢技术是氢能广泛应用的基础和亟需解决的瓶颈。近些年来,新型金属配位氢化物(LiAlH4、NaAlH4等)以其高的重量和体积储氢密度而成为国内外新的储氢材料研究热点。本文在对国内外金属配位氢化物/金属氮氢化物的发展现状和研究进展进行全面综述的基础上,采用机械球磨复合金属配位氢化物LiAlH4及Li3AlH6与金属氮氢化物LiNH2制备了Li-Al-N-H复合储氢材料体系。采用体积法和重量法研究了Li-Al-N-H复合体系的储氢特性,运用同步热分析法(TG/DSC)、质谱(MS)、X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱分析仪(FTIR)、固态核磁共振(NMR)等分析测试手段揭示了Li-Al-N-H复合体系吸放氢过程中微结构的变化规律,并探讨了其吸放氢机理。实验结果表明,LiNH2的加入有效地降低了起始反应温度,使体系存在一定的可逆性。另外,本文探讨了添加TiC、TiH2、CeF3、TiF3、Ti2Ni等做催化剂对Li-Al-N-H复合体系储氢性能的影响。对LiAlH4/xLiNH2(x=1,2)复合体系的研究结果表明:LiAlH4/LiNH2体系经球磨55h后总放氢量达到5.97wt.%,最终生成AlN和LiH。LiAlH4/2LiNH2体系通过TG热重分析加热到400℃总放氢量达到7.25wt.%,最终产物为Li3AlN2。在此体系中添加TiC、TiH2、CeF3做催化剂,对体系储氢性能都有一定的改善作用,其中CeF3对于改善放氢动力学有最好的效果。对Li3AlH6/xLiNH2(x=1,2,3)体系的研究结果表明:随着Li3AlH6/xLiNH2中x值的增大,球磨过程中放出的氢气逐渐增大。Li3AlH6/LiNH2和Li3AlH6/2LiNH2体系加热后总放氢量分别达到5.27wt.%、6.62wt.%,可逆吸氢量分别为0.86wt.%、3.57 wt.%。Li3AlH6/3LiNH2体系具有最好的综合储氢性能。加热到500℃的总放氢量为8.15wt.%,生成的固态产物有Li3AlN2、Li2NH和LiH。放氢后的产物在110bar的压力下和400℃恒温10h吸氢量为3.57wt.%,吸氢主要是Li3AlN2和Li2NH的加氢反应过程,不能回到Li3AlH6/3LiNH2体系。添加催化剂CeF3、TiF3和Ti2Ni后,催化剂对体系的催化效应主要体现在吸氢反应上。添加2mol%CeF3的催化效果最好,最大吸氢量为4.75wt.%,其次为4mol%Ti2Ni和6mol%TiF3。Li3AlH6/xLiNH2(x=1,2,3)体系显示出良好的可逆储氢性能。
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