复合化和纳米限域对硼氢化锂储氢性能的影响及其机理研究
发布时间：2021-11-27 11:30
氢能是替代传统化石能源的理想能源,开发安全、高效、经济的储氢技术是氢能规模化应用的关键,与气态储氢和液态储氢相比,固态储氢技术在安全性和储氢密度方面具有明显优势。在金属配位氢化物中,LiBH4的重量储氢密度为18.5wt%和体积储氢密度为121 kg H2/m3,但由于离子键和共价键的共同作用,导致其热力学稳定性过高,放氢温度高于400℃、放氢动力学缓慢和循环稳定性差,且放氢产物需600℃和350 bar氢压的苛刻吸氢条件。本文在详细分析LiBH4研究进展的基础上,从动力学和热力学两个方面入手,通过复合化和纳米限域,降低LiBH4体系的起始放氢温度,提高其综合储氢性能。首先,通过球磨的方式引入片状石墨催化剂,研究了其对LiBH4储氢性能的影响及作用机理。结果发现,添加20 wt%石墨可有效改善LiBH4的吸放氢性能,样品的起始和峰值放氢温度分别降低至260℃和383℃,较球磨LiBH4样品分别下降了15℃和50℃...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
氢能的来源[4]
[10]。1.2.2液态储氢液态储氢顾名思义就是氢气以液体的形式存储在耐低温的容器中，其储存条件是21.2K、常压下，相较于高压气态储氢而言，液态储氢具有高的体积储氢密度，为70.8kgH2/m3。但是，气态氢转变成液态氢的成本高，同时液态氢气还容易气化导致容器内压力升高，对耐低温容器的隔热性和安全性都提出了较高的要求，这些因素限制了液态储氢方式的更广泛应用。目前液态储氢多用于不计经济成本的航空领域中。1.2.3固态储氢固态储氢是将氢气存储在固体材料中，按照作用力的类型分为物理吸附储氢和化学储氢，示意图如图1.2所示。物理吸附储氢的原理是氢气分子通过范德华力与微孔材料发生作用进行储氢过程，通常情况下这些微孔材料具有高的比表面积和高的孔隙率。在这个过程中，一个氢气分子与材料的表面原子发生吸附作用，作用力的大小取决于压力、温度和微孔材料的表面特性。在低温情况下，只有微弱的范德华力作用力，氢气分子一般不会解离成氢原子。目前，国内外研究的微孔材料主要有碳基材料、金属有机框架、共价有机框架、沸石类等[12]。图1.2物理和化学吸附储氢示意图[11]Fig.1.2Schematicrepresentationofphysicalandchemicalhydrogenabsorption[11].化学储氢是氢以化学键或配位络合物的形式与固体材料形成固溶体或固体氢化物，是目前研究较多的储氢体系，也是最有望在车载储氢领域中得到应用的
第一章绪论5高效储氢效率以及安全性，使其拥有广阔的应用前景。图1.3部分氢化物储氢密度[13]Fig.1.3Volumetricandgravimetrichydrogendensityofsomeselectedhydrides[13].1.3储氢材料研究进展储氢材料的原理是氢以物理或是化学方式与特定材料结合进而储存在材料内，因其具有可观的储氢容量和安全性引起了国内外学者的关注与研究。早在1866年，ThomasGraham[16]报道了金属钯的吸氢现象。20世纪70年代美国Brookhaven国家实验室[17]和荷兰Philips公司[18]也先后报道了LaNi5和Mg2Ni合金具有可逆的储氢性能。储氢材料的研究最终实现了镍-金属氢化物充电电池的商业化，从此掀起了储氢材料的研究热潮。纵观储氢材料的研究进程，其是由单一的储氢材料向复杂的储氢材料、储氢容量低的体系向储氢容量高的金属配位氢化物转变。1.3.1物理吸附储氢材料物理吸附储氢材料一般是指具有高的比表面积和高孔容的微孔材料，而微孔材料主要包括碳基材料（活性炭、碳纳米管、碳纤维、富勒烯）、金属有机框架、共价有机框架、沸石类等[11]。微孔材料表面拥有大量的活性位点，可以与氢分子通过较弱的范德华力（3-6kJ/mol-H2）在低温、低压条件下结合实现氢气的可逆存储。对于碳基材料碳纳米
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]氢能开发和利用的研究[J]. 黄亚继,张旭. 能源工程. 2003(02)
本文编号：3522196
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
氢能的来源[4]
[10]。1.2.2液态储氢液态储氢顾名思义就是氢气以液体的形式存储在耐低温的容器中，其储存条件是21.2K、常压下，相较于高压气态储氢而言，液态储氢具有高的体积储氢密度，为70.8kgH2/m3。但是，气态氢转变成液态氢的成本高，同时液态氢气还容易气化导致容器内压力升高，对耐低温容器的隔热性和安全性都提出了较高的要求，这些因素限制了液态储氢方式的更广泛应用。目前液态储氢多用于不计经济成本的航空领域中。1.2.3固态储氢固态储氢是将氢气存储在固体材料中，按照作用力的类型分为物理吸附储氢和化学储氢，示意图如图1.2所示。物理吸附储氢的原理是氢气分子通过范德华力与微孔材料发生作用进行储氢过程，通常情况下这些微孔材料具有高的比表面积和高的孔隙率。在这个过程中，一个氢气分子与材料的表面原子发生吸附作用，作用力的大小取决于压力、温度和微孔材料的表面特性。在低温情况下，只有微弱的范德华力作用力，氢气分子一般不会解离成氢原子。目前，国内外研究的微孔材料主要有碳基材料、金属有机框架、共价有机框架、沸石类等[12]。图1.2物理和化学吸附储氢示意图[11]Fig.1.2Schematicrepresentationofphysicalandchemicalhydrogenabsorption[11].化学储氢是氢以化学键或配位络合物的形式与固体材料形成固溶体或固体氢化物，是目前研究较多的储氢体系，也是最有望在车载储氢领域中得到应用的
第一章绪论5高效储氢效率以及安全性，使其拥有广阔的应用前景。图1.3部分氢化物储氢密度[13]Fig.1.3Volumetricandgravimetrichydrogendensityofsomeselectedhydrides[13].1.3储氢材料研究进展储氢材料的原理是氢以物理或是化学方式与特定材料结合进而储存在材料内，因其具有可观的储氢容量和安全性引起了国内外学者的关注与研究。早在1866年，ThomasGraham[16]报道了金属钯的吸氢现象。20世纪70年代美国Brookhaven国家实验室[17]和荷兰Philips公司[18]也先后报道了LaNi5和Mg2Ni合金具有可逆的储氢性能。储氢材料的研究最终实现了镍-金属氢化物充电电池的商业化，从此掀起了储氢材料的研究热潮。纵观储氢材料的研究进程，其是由单一的储氢材料向复杂的储氢材料、储氢容量低的体系向储氢容量高的金属配位氢化物转变。1.3.1物理吸附储氢材料物理吸附储氢材料一般是指具有高的比表面积和高孔容的微孔材料，而微孔材料主要包括碳基材料（活性炭、碳纳米管、碳纤维、富勒烯）、金属有机框架、共价有机框架、沸石类等[11]。微孔材料表面拥有大量的活性位点，可以与氢分子通过较弱的范德华力（3-6kJ/mol-H2）在低温、低压条件下结合实现氢气的可逆存储。对于碳基材料碳纳米
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]氢能开发和利用的研究[J]. 黄亚继,张旭. 能源工程. 2003(02)
本文编号：3522196
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