轻金属氮氢储氢材料性能的调控

发布时间：2017-08-31 10:29

  本文关键词：轻金属氮氢储氢材料性能的调控

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【摘要】：环境污染和化石燃料的消耗引起了越来越多的关注。氢气被认为是一种可取代传统燃料的理想燃料。然而,氢气作为燃料实际应用时,还有一些困难需要克服,例如：开发先进的储氢材料等。为了实现较高储氢量的目标,固态储氢材料特别是包含轻金属元素的材料被广泛研究。M-N-H材料自从被Chen等人首次报道后,就引起了相当大的关注。根据Chen的研究,Li_3N通过以下两个反应能够可逆的存储超过10 wt%的氢气。LiNH_2+LiH(?)Li2NH+H_2 (1) Li2NH+LiH(?)Li_3N+H_2 (2)近年来,为了提高Li-N-H体系的储氢性能,花费了大量的精力。掺杂其他原子到LiNH_2晶格中和掺杂其他化合物到LiNH_2-LiH体系中是提高LiNH_2-LiH体系吸放氢性能的有效方法。首先,本文研究了LiNH_2-LiH体系的储氢性能。研究发现,不同球磨条件的LiNH_2-LiH储氢性能不同,球磨时间增加,放氢温度降低,放氢动力学增强。球磨两小时的LiNH_2-LiH样品在299℃处有一个宽放氢峰,而预先球磨八小时后的样品在259℃处有一个放氢峰,且峰形变窄,峰值温度降低约40℃。随着球磨强度的提高,晶粒的形貌变得均一,尺寸会减小,球磨两小时的样品颗粒尺寸为50-500 nm,且形貌不规则,而预球磨八小时后的样品颗粒粒径变为100-300nm,外形接近球形,活化能也从103.1 kJ/mol降低到96.4kJ/mol。其次,本文研究了掺杂卤化钾(KF、KC1、KBr和KI)的LiNH_2-LiH体系的储氢性能。研究发现,掺杂KF到LiNH_2-LiH体系明显提高了储氢性能,然而KC1、KBr、KI并没有明显的提高LiNH_2-LiH体系的储氢性能。与LiNH_2-LiH体系相比,LiNH_2-LiH-0.05KF体系放氢曲线峰形变尖锐,且放氢的初始温度和峰值温度分别降低了36℃和38℃。LiNH_2-LiH-0.05KF体系的储氢量和放氢动力学经过10次吸放氢循环后,要比LiNH_2-LiH体系经过两次循环后的好很多。循环性能至少提高了四倍。详细的结构研究表明,在热处理过程中,添加的KF与LiH发生反应生成KH。而KH之前被报道过可以提高LiNH_2-LiH体系的储氢性能,所以生成的KH是掺杂KF提高LiNH_2-LiH体系的储氢性能的主要原因。最后,本文首次系统的研究了KLi_3(NH_2)4-4LiH体系的吸放氢和循环性能,阐明钾离子混入LiNH_2中对LiNH_2-LiH体系储氢性能的影响。实验结果显示,混合钾离子到LiNH_2中可以破坏LiNH_2的稳定性,因此可以降低LiNH_2-LiH体系的放氢温度,提高其放氢速率。值得注意的是,对于KLi_3(NH_2)4-4LiH样品,第一次循环在0.28 h可以放出约2.4 wt%氢,0.4 h内有可以吸收2.4 wt%氢。且30次循环内,吸放氢速率几乎没有变化。而LiNH_2-LiH第二次循环的放氢速率从第一放氢的3.4 wt%/h快速降到0.7 wt%/h。储氢量随循环次数变化检测显示,30次循环后,KLi_3(NH_2)4-4LiH的储氢量依然为2.4 wt%,而LiNH_2-LiH则迅速的从4 wt%(第一次循环)降到1.7 wt%(第二次循环)。在相同条件下,KLi_3(NH_2)4-4LiH体系与LiNH_2-LiH体系相比显示了优异的循环稳定性。
【关键词】：储氢 卤化钾 氢化钾 氨基锂 氨基钾 循环稳定性
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-34
• 1.1 引言9-10
• 1.2 Li-N-H储氢体系10-17
• 1.2.1 Li-N-H储氢体系简介10-12
• 1.2.2 Li-N-H体系储氢机理12-13
• 1.2.3 LiNH_2-LiH体系储氢性能的改善13-17
• 1.2.3.1 球磨减小颗粒尺寸13-16
• 1.2.3.2 不同添加物对Li-N-H体系储氢性能的改善16-17
• 1.3 Li-Mg-N-H体系17-22
• 1.3.1 Li-Mg-N-H体系简介17-18
• 1.3.2 Li-Mg-N-H反应机理18-19
• 1.3.3 减小颗粒尺寸对Li-Mg-N-H体系储氢性能的影响19-20
• 1.3.4 添加剂对Li-Mg-N-H体系储氢性能的影响20-22
• 1.4 其他复合储氢材料体系22-26
• 1.4.1 LiAl(NH_2)_422-23
• 1.4.2 Li-B-N-H23-26
• 1.5 选题依据及研究内容26-27
• 1.6 参考文献27-34
• 第二章 LiNH_2-LiH体系储氢性能的研究34-47
• 2.1 引言34-35
• 2.2 实验部分35-36
• 2.2.1 主要试剂和测试仪器35
• 2.2.2 样品的制备35-36
• 2.2.3 结构表征36
• 2.2.4 热解吸和等温脱附测试36
• 2.3 结果与讨论36-43
• 2.3.1 LiNH_2-LiH体系的脱氢性能36-37
• 2.3.2 LiNH_2-LiH体系的形貌特征37-38
• 2.3.3 LiNH_2-LiH体系的储氢动力学研究38-42
• 2.3.4 LiNH_2-LiH体系的循环性能42-43
• 2.4 本章小结43-44
• 2.5 参考文献44-47
• 第三章 添加钾化合物改善Li-N-H体系放氢性能的研究47-65
• 3.1 引言47-48
• 3.2 实验部分48-49
• 3.2.1 主要试剂和测试仪器48
• 3.2.2 样品的制备48-49
• 3.2.3 结构表征49
• 3.2.4 热解吸和等温脱附测试49
• 3.3 结果与讨论49-61
• 3.3.1 添加KF的LiNH_2-LiH体系的脱氢性能49-50
• 3.3.2 KF对LiNH_2-LiH体系脱氢性能的影响50-57
• 3.3.3 LiNH_2-LiH-0.05KF样品的脱氢过程分析57-60
• 3.3.4 KF改善LiNH_2-LiH体系储氢性能的机理60-61
• 3.4 本章小结61-62
• 3.5 参考文献62-65
• 第四章 新型储氢体系KLi_3(NH_2)_4-4LiH储氢性能的研究65-79
• 4.1 引言65-66
• 4.2 实验部分66-68
• 4.2.1 主要试剂和测试仪器66-67
• 4.2.2 样品合成与前处理67-68
• 4.2.2.1 KNH_2的合成67
• 4.2.2.2 KLi_3(BH_2)_4的合成67
• 4.2.2.3 样品的前处理67-68
• 4.2.3 测试方法68
• 4.3 结果与讨论68-76
• 4.3.1 KLi_3(NH_2)_4-4LiH和LiNH_2-LiH体系的形貌特征68-69
• 4.3.2 KLi_3(NH_2)_4-4LiH和LiNH_2-LiH体系的储氢性能69-74
• 4.3.3 KLi_3(NH_2)_4-4LiH体系脱氢机理74-76
• 4.4 本章小结76-77
• 4.5 参考文献77-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 攻读硕士学位期间发表论文81-82
• 致谢82-83

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