[发明专利]一种廉价规模化的化学链储氢材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学链储氢领域，特别涉及一种廉价、规模化的化学链储氢材料的制备方法。

背景技术

氢能源作为21世纪最具发展潜力的可再生清洁能源，具有广阔的应用前景。为有效利用氢能源，解决储氢困难是关键，因此开发合适的储氢技术成为当前研究的热点。

目前常见的储氢技术分为物理储氢和化学储氢。物理储氢中的高压储氢和液压储氢，已经能够实现大规模商业化的氢能存储，但是高压带来的安全隐患依旧制约着这两种储氢技术的应用，除此之外，高压储氢和液压储氢还存在能耗高、占地面积大等缺点；化学储氢主要实施方式有储氢合金、金属氢化物和有机物储氢等。化学储氢材料具有储氢密度高、反应条件温和、安全性好等优点。但由于制备成本过高，化学储氢材料现在还处于实验室研究阶段，未见商业化报道。易污染环境等缺点也给化学储氢技术的推广带来困难。

不同于物理储氢和化学储氢等直接创造氢空位储氢方式，化学链循环氧储氢采用在材料中制造氧空位，再由氧空位逆变产氢的方式间接储氢。理论上一个氧空位可逆变得到两个氢，因此储氢密度将是传统储氢方式的两倍。以镍铁载氧体为例说明其储氢原理：

储氢过程：

释氢过程：

载氧体中的活性成分是铁氧化物。储氢过程中,铁氧化物中的氧与氢结合变成水,铁氧化物被还原为低价铁氧化物。每1个氧原子结合2个氢原子，对应产生一个氧空位。释氢过程中,1个氧空位裂解1分子水，水中的氧填补氧空位，氢则以氢气的形式释放出来，同时低价铁氧化物被氧化,载氧体可以再次用于储氢，从而实现氢气的可逆储放。

目前用于化学链循环氧储氢的材料，存在制备步骤复杂、所需设备成本高、难以规模化生产的问题。因此，寻找廉价、规模化的化学链循环氧储氢材料的制备方法具有重要意义。

发明内容

技术问题：为了解决现有储氢材料存在的储氢密度低、生产成本高、难以规模化生产等问题，本发明提供了一种廉价规模化的化学链循环氧储氢材料及其制备方法。材料采用化学链循环氧储氢原理，通过制造氧空位间接储氢，理论上一个氧空位可逆变得到两个氢，储氢密度是传统氢空位储氢的两倍。该材料采用燃烧合成法制备，所需原料价格低廉，可实现低成本的规模化生产。

技术方案：本发明提供一种廉价规模化的化学链储氢材料，该储氢材料分子式为NiFeAlO₄，具有尖晶石结构，其中O^2-立方紧密堆积，Ni²⁺填充在四面体空隙中，Fe³⁺、Al³⁺填充在八面体空隙中，总相对分子质量为205.52。

本发明的一种廉价规模化的化学链储氢材料的制备方法，采用燃烧合成法制备，具体制法是将装有硝酸盐溶液的烧杯放入恒温油浴锅中加热，直到溶液变为干凝胶，取出烧杯放入干燥箱中干燥，得到的固体粉末放入马弗炉中，在200～300℃的空气条件下点燃，燃烧结束后，将马弗炉升温到900～1100℃对材料进行煅烧，最后得到该材料。

其中：

所述的硝酸盐溶液由Ni(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O按阳离子摩尔比Ni²⁺：Fe³⁺：Al³⁺＝1:1:1称取后用去离子水溶解，再加入适量的柠檬酸和聚乙二醇配成溶液。

所述的恒温油浴锅中加热，其加热过程中控制溶液温度为90～95℃，并用磁力转子不断搅拌。

所述的马弗炉煅烧时间为2～2.5小时。

有益效果：与现有技术相比，本发明至少具有以下有点

(1)本发明制备的这种新型储氢材料采用化学链循环储氢原理，通过在材料中创造氧空位，再由氧空位逆变产氢的方式间接储氢，理论上一个氧空位可逆变得到两个氢，因此储氢密度将是传统氢空位的两倍。材料理想的储氢质量分数可达4.8％以上，体积储氢密度可达120kg/m³以上。

(2)本发明制备的这种用于化学链储氢的尖晶石材料NiFeAlO₄由燃烧合成法制备，所需原料价格低廉、来源广泛，所用设备均为常见设备，搭建材料制备平台的成本低。