Li-Mg-N-H体系的储氢性能研究

摘要

氢气的安全高效储存是制约氢能规模化应用的瓶颈之一。Li-Mg-N-H储氢材料体系因其具有高的氢含量和较好的可逆性能，受到研究人员的关注，但较高的放氢动力学阻力和放氢过程中副产物较多等缺点严重阻碍了其实用化的进程。为了进一步改善Li-Mg-N-H系储氢材料的储氢性能，本论文从催化改性入手，对其进行了系统的研究。
　　我们首先利用Mg(BH4)2对2LiNH2MgH2体系的储氢性能进行优化。2LiNH2MgH20.1Mg(BH4)2样品的起始放氢温度为80℃，较2LiNH2MgH2体系降低了50℃。放氢后的2LiNH2MgH2-0.1Mg(BH4)2样品在180℃，48bar氢压条件下经过2小时能够吸氢5.0wt%，而且2LiNH2-MgH2-0.1Mg(BH4)2样品的热扩散系数在没有牺牲储氢容量的前提下较2LiNH2-MgH2提高了近一倍。
　　通过球磨2LiH-LiAlH4自制了Li3AlH6，将其添加到2LiNH2-MgH2中。2LiNH2-MgH2-0.1Li3AlH6样品在300℃下能够放出6.43wt%的氢气，放氢起始温度仅为78℃。恒温脱附测试表明，2LiNH2-MgH2-0.1Li3AlH6具有良好的低温放氢动力学性能，同时有效抑制了氨气的释放。进一步研究了Li3AlH6的添加量对2LiNH2-MgH2-xLi3AlH6样品热扩散系数的影响规律。
　　利用KOH对商业活性炭进一步活化制备出了SuperC，并对其微观形貌和物质结构进行了表征分析。通过研究发现，2LiNH2-MgH2-10wt%Super C具有最佳综合储氢性能，其初始放氢温度和峰值放氢温度分别为71℃和168℃，较2LiNH2-MgH2有了明显降低，与此同时成功抑制了副产物氨气的释放。SuperC的添加有助于提高材料热扩散系数，解决材料固相反应相界面的传质传热较差的问题，从而改善体系的放氢性能。
　　添加LiH组成3LiNH2-MgH2-2LiH三元储氢体系，其放氢性能显著提高，主要表现为放氢温度降低，放氢量提高。LiH的添加明显改善了材料的微观结构，进而使放氢温度降低30℃，在300℃下放氢量为6.32wt%。此外，3LiNH2-MgH2-2LiH样品的热扩散系数较2LiNH2-MgH2样品有了近一倍的提高。在此基础上对新三元体系添加KH进行催化改性，材料的放氢性能获得进一步提升。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1 氢能研究背景

§1.2 氢气的储存方式

§1.3固态储氢材料研究进展

第二章 金属-N-H体系储氢材料研究进展

§2.1 金属-N-H体系储氢材料简介

§2.2 L i-Mg-N-H体系结构及储氢机理

§2.3 金属-N-H体系储氢材料的性能调控

§2.4问题的提出与主要研究内容

第三章 样品合成与表征

§3.1 实验主要材料

§3.2 材料合成

§3.3 材料表征

第四章 Mg(BH4)2添加对2LiNH2-MgH2体系储氢性能的影响及其作用机理

§4.2 2LiNH2-MgH2-0.1Mg(BH4)2样品的放氢性能

§4.3 2LiNH2-MgH2-0.1Mg(BH4)2样品的储氢机理

§4.4 2LiNH2-MgH2-0.1Mg(BH4)2样品的吸放氢性能

§4.5 2LiNH2-MgH2-0.1Mg(BH4)2样品的热扩散性能

§4.6 本章小结

第五章 Li3AlH6添加对2LiNH2-MgH 2体系储氢性能的影响及其作用机理

§5.1 自制Li3AlH6的表征

§5.2 2LiNH2-MgH2-xLi3AlH6样品的放氢性能

§5.3 2LiNH2-MgH2-xLi3AlH6样品热扩散性能

§5.4 2LiNH2-MgH2-0.1Li3AlH6储氢机理

§5.5 本章小结

第六章 SuperC添加对2LiNH2-MgH2体系储氢性能的影响及其作用机理

§6.1 SuperC的结构与成分表征

§6.2 2LiNH2-MgH2-x wt%SuperC样品的放氢性能

§6.3 2LiNH2-MgH2-x wt%SuperC样品热扩散性能

§6.4 本章小结

第七章 3LiNH2-MgH2- 2LiH体系储氢性能及其机理研究

§7.1 3 LiNH2-MgH2-2LiH样品的放氢性能

§7.2 3 LiNH2-MgH2-2LiH样品结构表征及储氢机理

§7.3 3LiNH2-MgH2-2LiH样品热扩散性能

§7.4 本章小结

第八章 总结与展望

§8.1 总结

§8.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间研究成果