AlH 3 储氢材料的改性研究
发布时间：2021-10-18 10:52
近年,AlH3作为新型高性能储氢材料,由于具有较高的体积和重量储氢密度而受到广泛关注,但由于其存在放氢温度较高、动力学性能较差以及可逆再生极为苛刻等问题,限制了 AlH3的开发与应用。本论文工作针对以上问题,设计并制备了一系列添加不同添加剂的AlH3复合体系,研究了复合体系的相组成以及放氢性能。主要研究内容与结果如下:1,采用机械球磨方法,研究了分别添加1 mol%十六种稀土氧化物（REO）对α-AlH3材料微观组织以及放氢性能的影响。结果表明,添加Pr2O3复合体系的初始放氢温度的降低最大,降低了 55℃。但有效放氢量较少,为6.32 wt.%;添加Er2O3复合体系初始放氢温度的降低最小,与单独球磨α-AlH3材料相比几乎没有变化;添加CeO2的样品具有最优的综合性能,初始放氢温度降低了 26℃,可释放出的氢气总量为7.78 wt.%。2,详细研究了 α-AlH3+mCeO2（m=0.5,1,2,mol%）复合体系放氢性能以及CeO2作用机制。发现添加CeO2对α-AlH3的初始放氢温度的降低作用随着添加量的增加而增大。此外,添加CeO2明显提升了 α-AlH3体系的放氢动力学性能...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３ｃ，晶格参数为ａ?＝?９．００４?Ａ
?第１章绪论???Ｈ４?Ｈ４??麟??图１．４?丫－Ａ１Ｈ３中的两种类型的Ａ１Ｈ６八面体??１．?３．?２氢化铝的合成方法??氢化铝的合成方法有多种，可分为湿法、干法和电化学法。??１．湿法??１９４２年，Ｓｔｅｃｈｅｒ和Ｗｉｂｅｒｇ制备了一种低纯度且低收率的烷烃胺配合物??Ａ１Ｈ３．２Ｎ（ＣＨ３）３［２６］。之后，Ｆｉｎｈｏｌｔ［１５］利用?ＬｉＨ?（或?ＬｉＡｌＨ４）和?Ａ１Ｃ１３?在乙醚（Ｅｔ２０）??中的简单反应首次制得了氢化铝的醚类络合物。其化学反应式为：??３ＬｉＨ?＋?Ａ１Ｃ１３?＋?ｎＥｔ２０?＾?ＡｌＨ３．ｎＥｔ２０?＋?３ＬｉＣｌ?（１．１）??３ＬｉＡｌＨ４?＋?ＡＩＣＩ３＋?ｎＥｔ２０?－＞?４ＡｌＨ３．ｎＥｔ２〇?＋?３ＬｉＣｌ?（１．２）??可惜的是，Ｆｉｎｈｏｌｔ等没有提出脱除溶剂乙醚从而得到非溶剂化Ａ１Ｈ３的有??效方法。当时普遍认为乙醚不可能在不损失氢的情况下从Ａ１Ｈ３中被除去。直到??１９５５年，Ｃｈｉｚｉｎｓｋｙ等人［２７］通过将氢化铝的醚类络合物放入较高沸点的惰性液体??来过滤，然后在高真空下条件干燥１２?ｈ，得到了非溶剂化的Ａ１Ｈ３。１９５０年代中??期以后，国内外对Ａ１Ｈ３合成路线的研宂几乎没有公开全文报道。直到１９６７年，??Ｂｒｏｗｅｒ等［２８］提出了制备六种不同非溶剂化Ａ１Ｈ３的合成方法，而且研宄了各种晶??型的性质。他们发现制备非溶剂化Ａ１Ｈ３的关键在于加入过量的ＬｉＡＩＨ４／ＬｉＢＨ４，??制备不同晶型Ａ１Ｈ３的关键在于提纯过程中改变脱醚条件（时间、温度）和添加??物（ＬｉＢＨ４或ＬｉＡｌＨ４）的种类。即利用ＬｉＡｌＨ４和Ａ１Ｃ１３之间的醚化反应生成
第１章绪论???Ｂｕｒｎｅｒ?ｒＳ??９?ＨＴＦ?．＿ｖ?＼??Ｈ：?ｓｐｅｎｔ＾?ＳｐｅｎｔＨ，??ｙ?ｕｅｎｙｄｒｏｇｅｎａＢａｎ??「￣￣＼?Ｒｅａｃｔｏｒ?＾Ｊ－＞Ｒｅｃｕｐｅｒａｔｏｒ??Ｇａｔｅ?Ｉ?＾?￣Ｐｒｅｓｓｕｒｅ??ｖａｌｖｅ?ｙＡ?Ｈ＂?Ｉ?Ｓｅｐａｒａｔ〇ｒ?＾?亨?Ｌｅｔｄｏｗｎ?Ｖａｌｖｅ??Ｉ?（Ｏ）?ＡｌＴＣＯＵ（６０°Ｃ）??＇＇Ｌ??ＬＴＣ?Ｉｎ?（５０°Ｃ）??１）?．．?Ｓｐｅｎｔ?Ｓｌｕｙ??图１．Ｓ车载存储系统的配置??２０１２年，Ｇｒｅｗ等［６３］提出了一种使用Ａ１Ｈ３供氢的便携式氢燃料电池概念，??并计算分析了?Ａ１Ｈ３作为便携式氢燃料电池系统的供氢的可行性。该氢燃料电池??系统内含０．４ｋｇＡ１Ｈ３材料，系统的体积和质量分别约为１?Ｌ和１?ｋｇ，能够连续运??行约２５ｈ，可提供６００Ｗｈ／ｋｇ或６００Ｗｈ／Ｌ的电力供应。近年，１＾〇＾１１等［６４－６５］??开发了一种新型可穿戴的便携供电系统，使用Ａ１Ｈ３材料作为氢源，配套应用的??２０?Ｗ质子交换膜氢燃料电池系统，以满足单兵携带电源的长时电力需求。该系??统具有小巧、轻雹易携带（〇．７?ｋｇ，?０．６２２?Ｌ）等优点，不影响战术行动的开展，??而且可为持续２４?ｈ任务提供３００?Ｗｈ／ｋｇ的功率密度输出。该款便携式燃料电池??系统和ＡＨ３储氢罐见图１．６。??３．４?ｃｍ??Ｐｏｗｅｒ?ｏｕｔｐｕｔ??Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｒｅｍａｉｎｉｎｇ??ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ?－？／??■ＩＩ??／?Ｖｏｌｕｍｅ：??？???：???１?Ｗｅｉｇｈ！：?６８
【参考文献】：
期刊论文
[1]打造“氢能走廊” 为长三角区域一体化发展提供新动能[J]. 傅翠晓,庄珺. 新材料产业. 2019(09)
[2]三氢化铝的氧化石墨稀包覆降感技术[J]. 李磊,顾健,黄丹椿,陶博文,汪慧思,何云凤,胡建江. 固体火箭技术. 2019(01)
[3]氢燃料电池技术应用现状及发展趋势分析[J]. 程一步. 石油石化绿色低碳. 2018(02)
[4]中国氢能发展的思考[J]. 王赓,郑津洋,蒋利军,陈健,韩武林,陈霖新. 科技导报. 2017(22)
[5]Nb基添加剂对AlH3放氢行为的影响[J]. 陈田,刘海镇,徐丽,李寿权,葛红卫,王新华. 材料科学与工程学报. 2017(01)
[6]硬脂酸包覆的α-AlH3:制备及其静电感度[J]. 秦明娜,张彦,唐望,石强,汪伟,邱少君. 含能材料. 2017(01)
[7]美国国家氢能计划及其启示[J]. 王彦雨,高璐,刘益东. 未来与发展. 2015(12)
[8]加拿大清洁能源和可再生能源发展现状[J]. 杨少军. 全球科技经济瞭望. 2008(09)
[9]固体推进剂采用的纳米材料的制备方法[J]. 高红旭,赵凤起,陈沛. 飞航导弹. 2003(09)
[10]不应忽视的卤代烃还原反应[J]. 冯金城. 天津化工. 2001(02)
博士论文
[1]掺杂Ti的NaAlH4相关系和缺陷热力学的第一原理研究[D]. 黄存可.华南理工大学 2009
硕士论文
[1]AlH3表面特性与释氢机理的研究[D]. 吴磊.航天动力技术研究院 2018
本文编号：3442675
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３ｃ，晶格参数为ａ?＝?９．００４?Ａ
?第１章绪论???Ｈ４?Ｈ４??麟??图１．４?丫－Ａ１Ｈ３中的两种类型的Ａ１Ｈ６八面体??１．?３．?２氢化铝的合成方法??氢化铝的合成方法有多种，可分为湿法、干法和电化学法。??１．湿法??１９４２年，Ｓｔｅｃｈｅｒ和Ｗｉｂｅｒｇ制备了一种低纯度且低收率的烷烃胺配合物??Ａ１Ｈ３．２Ｎ（ＣＨ３）３［２６］。之后，Ｆｉｎｈｏｌｔ［１５］利用?ＬｉＨ?（或?ＬｉＡｌＨ４）和?Ａ１Ｃ１３?在乙醚（Ｅｔ２０）??中的简单反应首次制得了氢化铝的醚类络合物。其化学反应式为：??３ＬｉＨ?＋?Ａ１Ｃ１３?＋?ｎＥｔ２０?＾?ＡｌＨ３．ｎＥｔ２０?＋?３ＬｉＣｌ?（１．１）??３ＬｉＡｌＨ４?＋?ＡＩＣＩ３＋?ｎＥｔ２０?－＞?４ＡｌＨ３．ｎＥｔ２〇?＋?３ＬｉＣｌ?（１．２）??可惜的是，Ｆｉｎｈｏｌｔ等没有提出脱除溶剂乙醚从而得到非溶剂化Ａ１Ｈ３的有??效方法。当时普遍认为乙醚不可能在不损失氢的情况下从Ａ１Ｈ３中被除去。直到??１９５５年，Ｃｈｉｚｉｎｓｋｙ等人［２７］通过将氢化铝的醚类络合物放入较高沸点的惰性液体??来过滤，然后在高真空下条件干燥１２?ｈ，得到了非溶剂化的Ａ１Ｈ３。１９５０年代中??期以后，国内外对Ａ１Ｈ３合成路线的研宂几乎没有公开全文报道。直到１９６７年，??Ｂｒｏｗｅｒ等［２８］提出了制备六种不同非溶剂化Ａ１Ｈ３的合成方法，而且研宄了各种晶??型的性质。他们发现制备非溶剂化Ａ１Ｈ３的关键在于加入过量的ＬｉＡＩＨ４／ＬｉＢＨ４，??制备不同晶型Ａ１Ｈ３的关键在于提纯过程中改变脱醚条件（时间、温度）和添加??物（ＬｉＢＨ４或ＬｉＡｌＨ４）的种类。即利用ＬｉＡｌＨ４和Ａ１Ｃ１３之间的醚化反应生成
第１章绪论???Ｂｕｒｎｅｒ?ｒＳ??９?ＨＴＦ?．＿ｖ?＼??Ｈ：?ｓｐｅｎｔ＾?ＳｐｅｎｔＨ，??ｙ?ｕｅｎｙｄｒｏｇｅｎａＢａｎ??「￣￣＼?Ｒｅａｃｔｏｒ?＾Ｊ－＞Ｒｅｃｕｐｅｒａｔｏｒ??Ｇａｔｅ?Ｉ?＾?￣Ｐｒｅｓｓｕｒｅ??ｖａｌｖｅ?ｙＡ?Ｈ＂?Ｉ?Ｓｅｐａｒａｔ〇ｒ?＾?亨?Ｌｅｔｄｏｗｎ?Ｖａｌｖｅ??Ｉ?（Ｏ）?ＡｌＴＣＯＵ（６０°Ｃ）??＇＇Ｌ??ＬＴＣ?Ｉｎ?（５０°Ｃ）??１）?．．?Ｓｐｅｎｔ?Ｓｌｕｙ??图１．Ｓ车载存储系统的配置??２０１２年，Ｇｒｅｗ等［６３］提出了一种使用Ａ１Ｈ３供氢的便携式氢燃料电池概念，??并计算分析了?Ａ１Ｈ３作为便携式氢燃料电池系统的供氢的可行性。该氢燃料电池??系统内含０．４ｋｇＡ１Ｈ３材料，系统的体积和质量分别约为１?Ｌ和１?ｋｇ，能够连续运??行约２５ｈ，可提供６００Ｗｈ／ｋｇ或６００Ｗｈ／Ｌ的电力供应。近年，１＾〇＾１１等［６４－６５］??开发了一种新型可穿戴的便携供电系统，使用Ａ１Ｈ３材料作为氢源，配套应用的??２０?Ｗ质子交换膜氢燃料电池系统，以满足单兵携带电源的长时电力需求。该系??统具有小巧、轻雹易携带（〇．７?ｋｇ，?０．６２２?Ｌ）等优点，不影响战术行动的开展，??而且可为持续２４?ｈ任务提供３００?Ｗｈ／ｋｇ的功率密度输出。该款便携式燃料电池??系统和ＡＨ３储氢罐见图１．６。??３．４?ｃｍ??Ｐｏｗｅｒ?ｏｕｔｐｕｔ??Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｒｅｍａｉｎｉｎｇ??ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ?－？／??■ＩＩ??／?Ｖｏｌｕｍｅ：??？???：???１?Ｗｅｉｇｈ！：?６８
【参考文献】：
期刊论文
[1]打造“氢能走廊” 为长三角区域一体化发展提供新动能[J]. 傅翠晓,庄珺. 新材料产业. 2019(09)
[2]三氢化铝的氧化石墨稀包覆降感技术[J]. 李磊,顾健,黄丹椿,陶博文,汪慧思,何云凤,胡建江. 固体火箭技术. 2019(01)
[3]氢燃料电池技术应用现状及发展趋势分析[J]. 程一步. 石油石化绿色低碳. 2018(02)
[4]中国氢能发展的思考[J]. 王赓,郑津洋,蒋利军,陈健,韩武林,陈霖新. 科技导报. 2017(22)
[5]Nb基添加剂对AlH3放氢行为的影响[J]. 陈田,刘海镇,徐丽,李寿权,葛红卫,王新华. 材料科学与工程学报. 2017(01)
[6]硬脂酸包覆的α-AlH3:制备及其静电感度[J]. 秦明娜,张彦,唐望,石强,汪伟,邱少君. 含能材料. 2017(01)
[7]美国国家氢能计划及其启示[J]. 王彦雨,高璐,刘益东. 未来与发展. 2015(12)
[8]加拿大清洁能源和可再生能源发展现状[J]. 杨少军. 全球科技经济瞭望. 2008(09)
[9]固体推进剂采用的纳米材料的制备方法[J]. 高红旭,赵凤起,陈沛. 飞航导弹. 2003(09)
[10]不应忽视的卤代烃还原反应[J]. 冯金城. 天津化工. 2001(02)
博士论文
[1]掺杂Ti的NaAlH4相关系和缺陷热力学的第一原理研究[D]. 黄存可.华南理工大学 2009
硕士论文
[1]AlH3表面特性与释氢机理的研究[D]. 吴磊.航天动力技术研究院 2018
本文编号：3442675
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