[发明专利]用于可逆储氢的Li－B－Mg－X体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种在适中条件下释放氢的氢的储存，其用于动力系统，如：燃料电池。更具体的，本发明涉及一种包含合适的氢化锂化合物和镁化合物的双相材料体系，其中所述镁化合物与含氢的锂化合物恰当地起反应。

背景技术

如果氢燃料可以在与系统室温操作环境一致的温度和压力下储存和释放，新的和有效的氢基动力系统可以被大范围实现。例如，包括氢储存用于静态和动态动力源，远程电源动力和低信号动力的军事应用；包括氢用于辅助燃料电池动力的航空应用；包括氢用于燃料电池和内燃机的汽车应用；包括氢用于分布式能源的稳定的燃料电池的商业应用；包括氢用于燃料电池供电的便携式电子设备的用户应用。然而，已经证明提供一种在适中条件下具有可被储存和释放形式的氢的局部存储是困难的。

具有相对低的分子量和丰富的氢含量的金属氢化物化合物已经被确定或者合成出来。该化合物被认为可以储存氢，因而其可以当作供给氢动力设备氢气的备选化合物。然而，该设备的有效运作要求氢能够容易并且完全的从化合物中释放出来。

当前，用于可逆储氢的发展的最好的氢化物材料在室温下可以储存约7wt％的氢，但是释放氢则需要相对高的温度，典型的，所述氢化物在约300℃的温度下释放其氢含量的大部分，但是它们在50-150℃下仅释放～5wt％，或者在近室温环境下仅为～2wt％。如，氢化镁可以可逆的储存最多达7.6wt％的氢，但是对于1bar的平衡压力，温度需要280℃。该温度对于大多数应用来说被认为太高了。在进行恰当的催化时，铝氢化钠(NaAlH₄)在温度50-150℃下可以产生达5.6wt％的氢。虽然在近室温处氢气可以被释放和重新充入，过渡金属基材料如：TiFeH₂和LaNi₅H₆仅能产生～2wt％。

如上所述的储氢材料无论是氢化和脱氢状态通常基于单相材料，即，MgH₂和Mg，TiFeH₂和TiFe，以及LaNi₅H₆和LaNi₅。但铝氢化钠是一个例外，其脱氢状态为NaH和Al的双相混合物。

本发明的一个目的为提供一组包含含氢的锂化合物和镁化合物的双相氢体系，上述化合物在更适中的条件下允许氢的储存和释放。

发明内容

本发明提供了一种包含含氢的锂化合物如硼氢化锂(LiBH₄)和镁化合物的混合物的储氢材料组合物，含氢的锂化合物用于通过与氢化锂的反应进行氢的释放。合适的镁化合物的一些实例包括：氟化镁、氯化镁和氢氧化镁。锂化合物和镁化合物均具有相对低的分子量，从而氢在双相混合物中具有5wt％或更多。如，包含两个化学当量的硼氢化锂和一个当量的氟化镁的混合物在大气压下加热至约150℃产生的氢量为混合物的约7.6wt％。该反应总结如下：

2LiBH₄+MgF₂＝2LiF+MgB₂+4H₂

适合的镁化合物的进一步实例可以表述为MgX，其中X包括F、Cl、OH、O、S、Se、Si、CO₃、SO₄、Cu、Ge、Ni、(OH)Cl和P₂O₇。

固体氢化锂化合物和固体镁化合物的混合物优选地还包含催化剂，以促进氢释放(或氢储存)反应。合适的催化剂包括，例如，钛、钒、镍、或镧的含卤素或者含氢化合物。用于氢化或脱氢的催化剂的进一步实例包括钪、铬、锰、铁、钴、铜、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、铈、钕、铒或铂、或一种或多种这些金属的组合的卤素化合物或氢化物。

相应的材料以恰当尺寸的颗粒的均匀混合物的形式提供。氢储存于氢化锂化合物中，并在需要时加热该混合物至合适的温度时通过与镁化合物反应而释放。尽管氢化锂和镁化合物均不能单独作为合适的氢储存和释放材料，但它们的组合提供了一种用于氢储存和释放的非常有效的双相材料。

储氢混合物的组分材料，包含合适的催化剂，其可以在任何合适的燃料制备装置中制备成粉末混合物的形式。但是在储存容器中可以容易的获得氢的释放，该储存容器位于燃料电池或其它氢燃料动力装置之上或附近。本发明的另外特征为，对于氢化锂和镁化合物的许多组合来说，在合适的压力和合适的温度下，脱氢副产品可以通过与氢的反应再次氢化。

本发明的其它目的和优点通过对一些说明性的优选实施方案的描述将会变得更加明显。

具体实施方式