LiAl(NH2)4-LiAlH4储氢体系的研究

金属胺基化合物(MNH2)与氢化物(MH)间协同作用，因释放可观量氢气而成为储氢研究热点。自2002年申请人报道首个MNH2-MH储氢体系 - LiNH2-LiH以来，该体系已成为储氢研究领域内的重要分支。结合储氢研究的实用性，该项原创性工作未来发展方向之一是寻找具有高含氢量的MNH2和MH，从而提高体系的储氢能量密度。本项目申请以高含氢的LiAl(NH2)4-LiAlH4体系为研究对象，一方面研究其脱氢反应的热力学及动力学性能，为实用化做技术铺垫；另一方面，研究LiAl(NH2)4和LiAlH4间协同作用机理，进一步丰富MNH2-MH化学的科学认识。对LiAl(NH2)4-LiAlH4体系不同阶段脱氢产物进行结构解析，寻找新的亚氨基类化合物，如LiAl(NH)2，不断将MNH2-MH反应应用在新材料合成方面。

本研究项目主要立足于胺基化合物-氢化物体系的前期研究成果，面向实用储氢高容量需求，设计采用两种具有高含氢量的胺基化合物(LiAl(NH2)4)及氢化物(LiAlH4)作为初始反应物，借组两者间所含正负氢的作用势能，达成较低温度下海量氢气的释放。研究工作揭示LiAl(NH2)4单独只释放氨气，而与LiAlH4球磨过程中释放大量氢气，总计8个氢原子或者9.1%重量比的氢气在球磨及后续加热过程中得以释放。在研究LiAl(NH2)4过程中发现通过LiAlH4-NH3间气-固作用可快速合成该胺基化合物，且该过程同样释放大量氢气。由此本研究工作在后期转向产氢系统设计并完成制造、测试以及与燃料电池联用。研究工作表明该产氢系统借助LiAlH4-NH3间放热反应即可自行产生氢气，无需外加能量。该反应过程的反应热经相变材料Na2SO4 10H2O储存并用于第二步LiAl(NH2)4-LiAlH4间固相作用，实现持续产氢，最终达成初始物中全部氢量释放。脱氢产物为惰性氮化物，可在干燥空气中从产氢系统中移除。该产氢系统成功与燃料电池联用，并持续供氢完成10瓦功率的稳定运行。本项目基本完成预先设定的基础研究目标，更为突出的是在科研过程中及时发现由LiAlH4-NH3到LiAl(NH2)4-LiAlH4的两步产氢具有极高的能量密度，并就此完成产氢系统设计、制造，并实施与燃料电池联用，从而将该储氢体系推向实用。