[发明专利]一种Al-NaBiO3水解制氢用复合材料及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及移动氢源用高活性铝基复合材料，具体为通过添加特定的添加剂，使金属铝的水解性能大大提高，满足在常规条件下实际应用的需要。

背景技术

氢能作为一种很有应用前景的能量载体，近年来被广泛的研究和应用。氢经济的快速发展，刺激了制氢技术的研究，但氢气储存成本很高，而且单位质量含氢量低，并且还存在着各种各样的安全问题，因而开发出小型廉价、无污染、安全可靠、能与用氢设备连接的制氢技术已成迫切的需求（1.T.Ma,J.Ji,M.Q.Chen,Int.J.Hydrogen Energy 35(2010)3114-3119.2.M.Hori,R.S.Hayano,M.Fukuta,T.Koyama,H.Nobusue,J.Tanaka,Rev.Sci.Instrum.80(2009)3.J.Graetz,Chem.Soc.Rev.38(2009)73-82.）。车载制氢是一种将氢源材料储存在车上，实现即时的制氢供氢的氢能利用方法。因为不需要输氢管道等配套设施，在目前各种储氢材料距离商业化应用还有较大距离的背景下，有希望在短期内满足氢能源电动车的实时供氢问题，因而在近几年成为各国研究开发的热点（4.Z.Y.Deng,J.M.F.Ferreira,Y.Sakka,J.Am.Ceram.Soc.91(2008)3825-3834.5.R.von Helmolt,U.Eberle,J.Power Sources 165(2007)833-843.）。

金属铝质量轻，能量密度高，资源丰富价格低廉，水解产物安全无污染，是理想的水解制氢原料。一般情况下，金属铝表面覆有一层致密的氧化膜，在中性水中的水解温度很高，需要一千度以上的高温才能与水反应。如果使用碱性溶液，碱能够充当铝水解反应的催化剂，从而有效的改善铝水解的动力学性能但是在实际应用中，碱性溶液对设备的抗腐蚀要求较高，并且会对对使用者造成潜在的危害（6.J.Bernard,M.Boinet,M.Chatenet,F.Dalard,Electrochemical and Solid State Letters 8(2005)E53-E55.7.K.Eom,M.Kim,S.Oh,E.Cho,H.Kwon,Int.J.Hydrogen Energy 36(2011)11825-11831.8.H.-B.Dai,G.-L.Ma,H.-J.Xia,P.Wang,Energ Environ.Sci(2011)）。

Soler等尝试使用NaBH₄、NaAlO₂、Na₂SnO₃溶液来代替一部分的碱性溶液，金属铝在常温下便可发生快速的水解反应放出氢气，在0.075M Na₂SnO₃溶液中铝水反应的初始放氢速率可达到213mL/min*g（9.L.Soler,A.M.Candela,J.Macanas,M.Munoz,J.Casado,J.Power Sources 192(2009)21-26.10.L.Soler，A.M.Candela,J.Macanas,M.Munoz,J.Casado,Int.J.Hydrogen Energy 34(2009)8511-8518.11.L.Soler,J.Macanas,M.Munoz,J.Casado,J.Power Sources 169(2007)144-149.）。范美强等用球磨和/或熔炼方法制备的含有Zn，Ca，Ga，Bi，Mg，In添加物的Al基符合材料，研究发现，Al-10%Sn-5%Zn-5%MgH₂混合物在球磨10h之后拥有785ml/g的产氢量和78.5ml/(min.g)的产氢速率。而在引入SnCl₂、MgCl₂、NaCl等氯化物后，材料的水解放氢性能得到了进一步提高，Al-10wt%Sn-5wt%Zn-5wt%MgCl₂材料的放氢量可达到866mL/g（12.M.Q.Fan,F.Xu,L.X.Sun,International Journal of Hydrogen Energy 32(2007)2809-2815.13.M.Q.Fan,L.X.Sun,F.Xu,Renewable Energy 36(2011)519-524.14.M.Q.Fan,L.X.Sun,F.Xu,Energy convers.Manage.51(2010)594-599.）。