气体杂质对2LiNH_2-MgH_2材料储氢性能影响研究

【摘要】氢被誉为最有可能替代传统化石燃料的新能源,而目前制约其应用的主要因素是氢的储存。新型氮氢化物Li-Ng-N-H储氢体系因其具有高重量储氢率和良好的可逆性,已成为最有希望满足实用要求的储氢材料之一。在氢气的生产过程以及实际研究、应用中,各种气体杂质能够不同程度影响材料的储氢性能。本文通过高能球磨制备出2LiNH2+MgH2和KF掺杂2LiNH2+MgH2材料,使用含有不同的气体杂质(CO、O2、CH4、N2)的氢源作气源,分别对该2种材料样品进行程序升温脱附法、差示扫描量热法及等温动力学性能测试,并采用X射线衍射、傅里叶红外吸收光谱、扫描电子显微镜分析了材料的物相和微观结构并研究其反应机理。CO对2LiNH2+MgH2材料吸放氢性能的影响显著。使用含1%CO的氢源,2LiNH2+MgH2次循环后放氢量由5wt.%降至3.45wt.%,且储氢容量不可恢复。2LiNH2+MgH2体系生成新物质Li2CN2和MgO。Li2CN2的出现使得氨基或亚氨基中的N减少,导致储氢量降低。Li2CN2和MgO使2LiNH2+MgH2的动力学性能下降,6次循环后放氢激活能从133.35kJ/mol增至153.35kJ/mol,原因是新生成物质存在于材料颗粒表面,阻止了界面物质传输。经重新球磨,2LiNH2+MgH2的动力学性能和激活能可得到恢复。CO对KF催化剂掺杂2LiNH2+MgH2材料吸放氢性能的影响显著。KF掺杂2LiNH2+MgH2次循环后放氢量由4.7wt.%降至3.43wt.%,且储氢容量不可恢复。KF掺杂2LiNH2+MgH2体系生成新物质Li2CN2、KCN和MgO。Li2CN2和KCN的出现使得氨基或亚氨基中的N减少,导致储氢量降低。KF掺杂2LiNH2+MgH2体系的动力学性能下降,5次循环后放氢激活能从122..11kJ/mol增至132.00kJ/mol,原因是催化剂转变为KCN,失去催化效用。经重新球磨,KF掺杂2LiNH2+MgH2体系的动力学性能和激活能未能得到恢复。O2对2LiNH2+MgH2和KF掺杂2LiNH2+MgH2材料吸放氢性能的影响显著。使用含0.1%O2的氢源,2LiNH2+MgH2次循环后放氢量由5wt.%降至4.41wt.%,KF掺杂2LiNH2+MgH25次循环后由4.7wwt.%降至4.33wt.%。原因是新生成物LiNH2和MgO使体系中出现小部分需高温条件放氢的LiH-LiNH2体系,导致储氢量降低。2种体系动力学性能均下降,20次循环后2LiNH2+MgH2和KF掺杂2LiNH2+MgH2放氢激活能分别从133.35kJ/mol增至139.92kJ/mol,由122.11kJ/mol增至129.96kJ/mol,原因是新生成物质存在于材料颗粒表面,阻止了界面的物质传输。重新球磨后,2种体系的动力学性能均能够得到恢复。气体杂质N2和CH4不会对2LiNH2+MgH2和KF掺杂2LiNH2+MgH2体系的储氢性能造成影响。2LiNH2+MgH2和KF掺杂2LiNH2+MgH2材料在含有1%N2或1%CH4的氢气环境中循环3-4次后,材料的放氢曲线与参照组放氢曲线一致,放氢量分别维持在接近5wt.%和4.7wt.%保持不变。2LiNH2+MgH2和KF掺杂2LiNH2+MgH2材料的物相没有任何变化。
【作者】孙飞；
【导师】刘晓鹏；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】储氢材料；2LiNH2+MgH2；气体杂质；储氢量；动力学；

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