掺杂铝锂合金水解析氢反应的热力学与动力学研究

燃料电池的推广应用是解决能源危机与环境污染的有效途径，实用化的关键是研究开发具有高储氢量、低成本、运输安全的制氢材料及供氢系统。基于铝水解制氢的优点（价格低等），本项目拟开展Al-Li-X(X:Bi,Sn,In等)合金水解反应的热力学和动力学系统研究，为铝合金成分优化和供氢系统的结构设计提供理论支撑和设计依据。通过合金成分设计、制备工艺等的改变，阐明铝合金水解反应的热力学与动力学的变化规律及内在联系；解析在水解过程中反应热生成规律、氢的解离、析出及原子/分子扩散机制；从热力学、热动力学、分子层面上解析合金水解反应的动力学变化规律的机理研究。结合实验/理论计算模拟，建立合金水解反应的热力学和动力学的调控规律及数学模型，阐明铝合金水解反应机理与合金成分优化规律。开展基于铝合金水解反应的供氢系统热化学研究，包括热/质生成及传递规律。本项目拟解决的关键问题：高储氢量、可控析氢的铝合金成分设计。

氢燃料电池的推广应用是解决能源危机与环境污染的有效途径，实用化的关键是研究开发具有高储氢量、低成本、运输安全的储氢材料及供氢系统。本项目旨在设计高储氢量的Al-Li-X(X:Bi,Sn,In)合金，通过对Al-Li-X(X:Bi,Sn,In)合金水解反应的热力学和动力学系统研究，为铝合金成分优化和供氢系统的结构设计提供理论支撑和设计依据。项目整体进展顺利，总体上达到了预期研究目标，主要完成的研究工作包括：（1）铝锂合金及掺杂体系的水解性能研究；（2）阐述铝锂合金及掺杂体系的水解机理及活化机制；（3）设计了高性能的铝锂合金/硼氢化钠体系，并阐明其水解性能及优化规律。项目研究结果表明：部分金属如Bi,Sn,In,Ga等与金属锂混合使用，可明显提高铝合金的水解性能；借助多种方式（如：水解动力学、微观结构表征及热力学等），揭示了Al-Li-X合金双腐蚀电池（Li-X, Al-X）的水解机理。Li-X作为水解反应活性点首先与水反应，其水解产物LiOH进一步加快Al-X活性点与水的反应。基于上述水解机理，项目负责人设计了CoCl2,Co,Ni,NiCl2等掺杂AlLi/NaBH4体系并考察众多因素（如CoCl2含量，AlLi/NaBH4质量比等）的影响，获得了产氢效率＞90%，单位质量产氢值接近2000ml/g的制氢体系。该体系在微型便携式电源领域具有广泛的应用前景。本项目的顺利实施在较大程度上丰富了铝合金制氢体系的成分设计及优化理论，为燃料电池的的进一步发展和应用提供了有意义的参考。