CN104030246A - 一种铝锂储氢材料及其制备方法 - Google Patents

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一种铝锂储氢材料，其化学分子式为x(AlLiH4)·yM，其中M为EDTA或THF中的一种或两种，两种化合物共存时，化合物的含量相等，x和y为质量百分数，其中50％≤x≤90％，10％≤y≤50％。所述铝锂储氢材料的制备方法主要是采用真空感应熔炼方法熔炼制备AlLi合金，将熔炼制备的合金与乙二胺、丁烷等有机物中的一种球磨，随后加入EDTA或THF的一种或两种和催化剂继续球磨，离心分离后最终得到铝锂储氢材料。本发明制备的储氢材料在150℃时储氢量为4.2％～7.6％，放氢量为3.8％～6.9％，吸放氢能达到100～150次，制备方法简单，安全可靠且能耗较低，可用于氢的大规模存储和运输等。

Description

一种铝锂储氢材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种储氢材料及其制备方法。
背景技术
随着不可再生能源消耗的日益加剧和环境问题越来越严重，绿色能源的开发和利用变得日渐重要。氢能燃烧值较高，不污染环境，可以循环利用，是一种理想的可再生新型燃料，因此受到国内外研究工作者的青睐。由于其具有众多优点，目前氢能已成功应用于多种领域，如用于航天动力燃料中、与汽油、柴油等燃料混合从而提高其燃烧值和效率等。作为二十一世纪的新型燃料，氢能的制取、存储和输送称为当前研究重点，因此，储氢材料及其相关技术的发展具有重大意义。
目前研究最多的包括:金属合金储氢、金属有机框架储氢、碳质储氢、金属氮氢基储氢以及配位氢化物储氢等。金属合金原材料丰富，吸放氢性能较好，且制备工艺简单，但是其可逆储氢量却不足3wt.％，无法满足燃料电池汽车车载供氢系统的储氢密度要求；金属有机骨架(MOFs)材料纯度、结晶度较高、结构可控、可批量生产且生产成本低，从而受到全球范围的关注。2003年，Yaghi课题组[N.L.Rosi,J.Eekert,M.Eddaoudi,D.T.Vodak,J.Kim,M.O,Kecffe,O.M.Yaghi Hydrogen storage in microporous metal-organicframeworks[J].Science,2003,300(5622):1127-1129]首次报道了其合成的Zn4O(BDC)3(BDC＝l,4一苯二羧酸酯，MOF-5)金属有机物骨架材料的储氢性能，研究表明，此类材料室温储氢量仅为lwt.％左右，无法满足实用要求；碳基储氢材料储氢量大，吸放氢条件温和，中国发明专利申请号00100505.7公开了一种储氢合金/碳纳米管复合储氢材料，该发明的复合储氢材料是采用催化裂解和机械复合方法制备的储氢合金和碳纳米管复合材料，为新型高容量复合储氢材料，性能稳定，但是其制备温度为523K至1273K，制备温度过高，生产成本较高，有效储氢量难以满足实用要求；金属氮氢化合物是一种新型高容量储氢材料，2002年，chen等[P.Chen,Z.T.Xiong,J.Z.Luo,K.L,Tan,Interaction of hydrogen with metal nitrides and imides[J].Nature,2002,420:302-304]首次在Nature上报道了Li3N在30℃、l0atm条件下可逆吸放氢容量可达10.5wt.％，但是Li3N的放氢反应温度较高，难以满足实用要求；配位氢化物具有很高的理论储氢量，1997年，Bogdanovich和Schiwichardi[B.Bogdanovich,M.Schiwickardi,Ti-doped alkali metalaluminium hydrides as potential novel reversible hydrogen storage materials,J.Alloys Compd.,1997,253-254:1-9]等发现NaAlH掺杂少量过渡族金属Ti化合物催化剂后能实现可逆吸氢，容量达4.2wt.％，且操作温度接近于车载燃料电池的工作温度，因此有望作为车载氢源材料，但是配位氢化物的合成比较困难。中国发明专利申请号200810060376.6公开了用反应球磨直接合成金属配位氢化物储氢材料的方法，该发明的金属配位氢化物储氢材料采用一步反应球磨方法直接合成，操作简单、安全可靠，所合成的储氢材料在中低温条件下具有较高的可逆吸放氢循环容量，但是由于制备工序过于简单，所制备的储氢材料纯度不够，性能稳定性不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储氢和放氢量大、储氢材料性能稳定、制备方法简单、安全可靠且能耗较低的铝锂储氢材料及其制备方法。
本发明的铝锂储氢材料，其化学分子式为x(AlLiH4)·yM，其中M为EDTA或THF中的一种或两种，两种化合物共存时，化合物的含量相等，x和y为质量百分数，其中50％≤x≤90％，10％≤y≤50％。
上述铝锂储氢材料的制备方法如下：
(1)熔炼：按照Al：Li的摩尔比为1:1.2的比例，将纯度为99.99％的Al和纯度为99.99％的Li放入真空感应炉进行熔炼制备AlLi合金，真空度为60Pa，熔炼温度为700℃，熔炼时间为10min。
(2)球磨：将步骤(1)熔炼制备的AlLi与质量分数为10～50％的乙二胺、丁烷等有机物中的一种放入高能球磨机内在氩气的保护下进行球磨，球磨50～100小时后加入EDTA或THF中的一种或两种，并加入总量质量分数1％的天然页岩作为催化剂继续球磨20～50小时。所用球为氧化锆球，球料比为5～20:1，球磨机转速为500～1500转/分钟，球磨过程中每球磨1小时，停留1小时，防止球磨过程中温度过高，离心分离后最终得到x(AlLiH4)·yM储氢材料。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、制备的铝锂储氢材料在150℃时储氢量为4.2％～7.6％，放氢量为3.8％～6.9％，吸放氢循环性能好，能达到100～150次，制备的储氢材料性能稳定。
2、制备方法简单，安全可靠且能耗较低，可用于氢的大规模存储和运输，用于氢的回收、提纯等。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的铝锂储氢材料电镜图。
图2为本发明实施例2制得的铝锂储氢材料的XRD图。
图3为本发明实施例3制得的铝锂储氢材料电镜图。
图4为本发明实施例制得的不同有机物含量的铝锂储氢材料的储氢量，其中，(a)为实施例1制得的铝锂储氢材料的储氢量；(b)为实施例2制得的铝锂储氢材料的储氢量；(c)为实施例3制得的铝锂储氢材料的储氢量。
图5为本发明实施例制得的不同有机物含量的铝锂储氢材料在120℃、50分钟放氢容量示意图，(a)为实施例1制得的铝锂储氢材料；(b)为实施例2制得的铝锂储氢材料；(c)为实施例3制得的铝锂储氢材料。
具体实施方式
实施例1
取纯度为99.99％的Al76g、纯度为99.99％的Li24g,放入真空感应炉中，真空度为60Pa，熔炼温度为700℃，熔炼时间为10min，熔炼制备AlLi合金。将上述熔炼制备的AlLi和乙二胺10g放入高能球磨机内，加入氧化锆球550g在氩气的保护下进行球磨，球磨机转速为500转/分钟，球磨50小时后加入EDTA12g，并加入天然页岩1.22g作为催化剂继续球磨20小时。球磨过程中每球磨1小时，停留1小时，防止球磨过程中温度过高，离心分离后最终得到90(AlLiH4)·10EDTA储氢材料。
如图1所示，结果表明颗粒尺寸相对均匀。
经测定，球磨所得90(AlLiH4)·10EDTA储氢材料储氢容量为4.2％，在150℃条件下放氢50分钟，其放氢量为3.8％，进行100次吸放氢循环实验数据显示，吸放氢总量没有太大变化(如图4、图5所示)。
实施例2
取纯度为99.99％的Al76g、纯度为99.99％的Li24g,放入真空感应炉中，真空度为60Pa，熔炼温度为700℃，熔炼时间为10min，熔炼制备AlLi合金。将上述熔炼制备的AlLi和丁烷30g放入高能球磨机内，加入氧化锆球2600g在氩气的保护下进行球磨，球磨机转速为900转/分钟，球磨80小时后加入THF和EDTA各28g，并加入天然页岩1.86g作为催化剂继续球磨30小时。球磨过程中每球磨1小时，停留1小时，防止球磨过程中温度过高，离心分离后最终得到70(AlLiH4)·30(THF/EDTA)储氢材料。
如图2所示，图中可见AlLiH4的衍射峰，所得产物主要由AlLiH4、AlLi、LiH组成。经测定，其储氢容量为6.8％，在150℃条件下放氢50分钟，其放氢量为5.6％，进行130次吸放氢循环实验数据显示，吸放氢总量没有太大变化。(如图4、图5所示)
实施例3
取纯度为99.99％的Al76g、纯度为99.99％的Li24g,放入真空感应炉中，真空度为60Pa，熔炼温度为700℃，熔炼时间为10min，熔炼制备AlLi合金。将上述熔炼制备的AlLi和乙二胺50g放入高能球磨机内，加入氧化锆球1500g在氩气的保护下进行球磨，球磨机转速为1500转/分钟，球磨100小时后加入THF75g，并加入天然页岩2.25g作为催化剂继续球磨50小时。球磨过程中每球磨1小时，停留1小时，防止球磨过程中温度过高，离心分离后最终得到50(AlLiH4)·50THF储氢材料。
如图3所示，随着球磨时间的延长，球磨所得粉末的颗粒尺寸减小，且粉末尺寸更加均匀。经测定，球磨所得储氢材料的储氢量为7.6％，在150℃条件下放氢50分钟，其放氢量为6.9％进行150次吸放氢循环实验数据显示，吸放氢总量没有太大变化(如图4、图5所示)。

Claims (2)

1.一种铝锂储氢材料，其特征在于:其化学分子式为x(AlLiH4)·yM，其中M为EDTA或THF中的一种或两种，两种化合物共存时，化合物的含量相等，x和y为质量百分数，其中50％≤x≤90％，10％≤y≤50％。
2.权利要求1所述的铝锂储氢材料的制备方法，其特征在于:该方法包括以下步骤：
(1)按照Al：Li的摩尔比为1:1.2的比例，将纯度为99.99％的Al和纯度为99.99％的Li放入真空感应炉进行熔炼制备AlLi合金，真空度为60Pa，熔炼温度为700℃，熔炼时间为10min；
(2)将步骤(1)熔炼制备的AlLi与质量分数为10～50％的乙二胺、丁烷有机物中的一种放入高能球磨机内在氩气的保护下进行球磨，球磨50～100小时后加入EDTA或THF中的一种或两种，并加入总量质量分数1％的天然页岩作为催化剂继续球磨20～50小时,所用球为氧化锆球，球料比为5～20:1，球磨机转速为500～1500转/分钟，球磨过程中每球磨1小时，停留1小时，离心分离后最终得到铝锂储氢材料。
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