三元配位氢化物复合储氢体系研究

氢能以其能量密度高，无污染的特点被誉为21世纪的新能源，发展氢能是解决能源危机和环境污染问题的重要途径之一。而现有的储氢技术成为制约氢能发展的瓶颈之一。固态储氢材料以其高效安全等特点成为理想的储氢技术，得到广泛深入的研究。尤其是碱金属/碱土金属配位氢化物因其高储氢容量成为研究热点。目前关于配位氢化物的研究主要集中在单元相和二元相体系的研究，三元相体系的研究尚未见报道。本项目拟选用B－，N－和Al－基配位氢化物进行三元相复合，借助B－N键、Al－N键、Al－B键之间的相互作用，以降低其单元相的分解温度，形成具有更优越吸放氢性能的新型复合储氢体系。本项目有望建立储氢能量密度大于6.0mass%、放氢温度低于80℃的可控放氢的储氢材料体系，并研制出与便携式燃料电池系统联用的储氢装置。本项目的研究成果将填补三元配位氢化物储氢体系的研究空白，促进储氢材料的发展和应用。

碱/碱土金属配位氢化物以其高达5－18wt％的储氢密度，成为固态储氢材料领域的研究重点和热点。但是配位氢化物中的氢原子主要以键能较强的共价键方式与N、B等结合，因此面临着严重的热力学和动力学问题。本项目通过对碱/碱土金属配位氢化物进行二元和三元复合，借助B-H、N-H和Al-H之间的相互作用来改善复合体系的吸放氢性能，开发新的储氢材料体系。此外，本课题还研究了微波场对于复合体系放氢性能的作用。主要研究内容和成果如下。(1)金属配位氢化物的高效合成方法。通过采用湿化学球磨、离心分离、分级蒸馏和热处理相结合的制备手段，成功制备出了纯度90%的Mg(NH2)2和纯度98%的Mg(BH4)2粉末；并在此基础上成功制备出了纯度97%的Mg(BH4)2•2NH3粉末，为后续复合体系的研究工作提供了关键材料。(2)二元复合体系。本项目研究了6种二元复合体系的放氢性能及放氢机理，结果表明二元复合可有效改善配位氢化物的放氢性能。且不同组元之间的H-H交换作用、B-H和N-H的相互作用以及Mg-Al化合物的形成等对性能改善起着重要的作用。特别在Mg(BH4)2-2Mg(NH2)2体系中，体系起始放氢温度从280℃降至200℃。(3)三元复合体系。通过二元体系的研究，本项目筛选了4种三元复合体系进行研究。结果表明，三元复合体系性能较二元体系有进一步提高。各组元之间形成的复杂中间产物对于改变反应进程、降低反应阻力起着关键作用。TiF3等催化剂的加入可以进一步改善体系的放氢性能。尤其是Mg(BH4)2•2NH3-2LiAlH4复合体系，可在98℃迅速放出5.4wt%H2。(4)微波场对复合储氢体系的影响。微波辐射对于所研究的3个复合体系的放氢性能都有显著的改善作用，LiBH4或其衍生物作为高效吸波剂和催化剂，有效提高了体系放氢动力学性能，在相同时间、相同温度下放氢量都达到普通加热的3倍左右，且具有良好的循环性能。(5)示范储氢装置的研制。本项目研制了两种不同规格的不锈钢储氢装置，设计了高效传质传热的铜质散热结构，实现了储氢装置连续稳定的放氢，并建立了与200W质子交换膜燃料电池系统联用的示范装置。. 本项目通过多元复合技术，显著改善了现有金属配位氢化物的储氢性能，并揭示了多元复合体系的放氢机理，同时研究了微波场对复合体系性能的影响规律，为配位氢化物的实用化技术提供了理论指导和技术支持