添加堿金屬化合物對Li-N-H體系儲氫材料動力學性能的增強.pdf

1、隨著人們對能源的需求日益增加，尋找綠色、環(huán)保、可再生的新型能源替代當前的一次化石能源已經(jīng)迫在眉睫。氫能憑借其清潔環(huán)保、儲藏量大、能量密度高的優(yōu)點，被科學家們作為未來理想能源載體的候選者之一。在氫能的發(fā)展過程中，至關重要的技術難題是解決氫氣的儲存問題。在諸多不同種類的儲氫材料中，“金屬-氮-氫”基儲氫材料，由于具有儲氫量大、運行溫度低、動力學性能優(yōu)良的特點，成為近些年來儲氫材料學者們研究的熱點。
　　自從陳萍等人在2002年首次提出

2、Li-N-H的儲氫體系后，該體系在世界范圍內(nèi)受到廣泛關注。該文章提出Li3N能夠通過以下兩個連續(xù)的反應可逆地儲存超過10 wt％的氫氣。
　　Li3N+2H2(→) Li2NH+LiH+H2(→) LiNH2+2LiH(1).
　　之后不久，LiNH2-LiH體系也作為一個經(jīng)典的儲氫體系被廣泛研究，因為它可以通過下述反應更容易的吸/放6.5 wt％的氫氣。
　　Li2NH+H2(→) LiNH2+LiH(2).

3、　　近幾年，有研究表明堿金屬鉀化合物包括氫化鉀、氨基鉀、氫氧化鉀以及鉀的鹵化物在改善Li-Mg-N-H儲氫體系的動力學性能方面有良好的催化效果。本文在此基礎之上，研究并討論了堿金屬氫氧化物、堿金屬氫化物、堿金屬氨基化物的添加，對Li-N-H體系儲氫性能的影響，并討論其反應機理。
　　1.堿金屬氫氧化物加入對LiNH2-LiH體系儲氫材料脫氫性能的增強
　　我們研究并討論了LiOH，NaOH，KOH三種氫氧化物添加對LiNH2

4、-LiH體系脫氫性能的影響，并確定了三種堿金屬氫氧化物對于LiNH2-LiH體系脫氫性能都有明顯的增強效果。在這三種氫氧化物之中，以KOH效果最為顯著。相對于LiNH2-LiH樣品較寬的脫氫曲線而言，加入5 mol％ KOH之后其峰型變得尖銳，并且放氫起點溫度降低了36℃，峰值溫度降低了42℃。進一步結構表征顯示，在球磨過程中堿金屬氫氧化物可以與LiH發(fā)生反應生成對應的氫化物，而這一現(xiàn)象是堿金屬氫氧化物添加的LiNH2-LiH體系動力學

5、性能增強的主要原因。
　　2.堿金屬氫化物加入對LiNH2-LiH體系儲氫材料脫氫性能的增強
　　我們研究并討論了加入三種堿金屬氫化物(LiH，NaH，KH)的LiNH2-LiH體系脫氫性能。研究結果表明，三種堿金屬氫化物對LiNH2-LiH體系脫氫性能都有著明顯的增強效果，其中以KH加入的LiNH2-LiH體系效果最為顯著。相對于LiNH2-LiH樣品較寬的脫氫曲線而言，加入5 mol％ KH之后其峰型變得尖銳，并且放氫起

6、點溫度降低了20℃，峰值溫度降低了30℃。通過機理討論我們得出，KH添加LiNH2-LiH體系動力學性能之所以得到增強，是因為KH與NH3反應產(chǎn)生催化效果，加速了脫氫反應的進行。在后續(xù)循環(huán)性能測試中，相對于未添加的LiNH2-LiH樣品而言，5 mol％ KH加入的LiNH2-LiH樣品表現(xiàn)出理想的循環(huán)性能。
　　3.堿金屬氨基化物添加對LiNH2-LiH體系儲氫材料脫氫性能的增強
　　這一部分我們討論了加入三種堿金屬氨基化

7、物（LiNH2，NaNH2，KNH2）的LiNH2-LiH體系脫氫性能。研究結果表明，三種堿金屬氨基化物中只有KNH2對LiNH2-LiH體系脫氫性能都有著明顯的增強效果。相對于LiNH2-LiH樣品較寬的脫氫曲線而言，加入5 mol％KNH2之后其峰型變得尖銳，并且放氫起點溫度降低了40℃，峰值溫度降低了34℃。進一步結構研究表明，KNH2在球磨過程中與LiH反應生成KH，是加入5 mol％ KNH2的LiNH2-LiH脫氫動力學性能