Mg基材料添加劑對LiBH4配位氫化物吸放氫性能的影響機制研究.pdf

1、LiBH4擁有18.5wt％的儲氫容量和121kg·H2·m-3的儲氫密度，是一種同時兼有高容量和高密度的儲氫材料，開發(fā)、應(yīng)用潛力非常巨大，但LiBH4的熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸放氫動力學(xué)緩慢、循環(huán)穩(wěn)定性差等問題亟待解決。本文在綜述國內(nèi)外有關(guān)LiBH4復(fù)合改性研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，選擇鎂基合金Mg17Al12和Ce2Mg17的氫化物與LiBH4組成復(fù)合儲氫體系，運用X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外(FT-IR)、差示掃描量熱-熱重-質(zhì)譜聯(lián)用分

2、析（DSC/TG/MS）和Sievert儲氫材料性能測試等分析測試手段，詳細(xì)考察了復(fù)合儲氫體系的微觀結(jié)構(gòu)和儲氫性能，并深入研究了吸放氫過程中鎂基材料的結(jié)構(gòu)演變及其對LiBH4吸放氫性能的影響機制。
　　通過對LiBH4-Mg17Al12氫化物復(fù)合體系的吸放氫性能研究發(fā)現(xiàn):LiBH4-Mg17Al12氫化物復(fù)合體系的放氫過程分兩步進(jìn)行，對應(yīng)的開始溫度分別為325℃（MgH2分解）和390℃（LiBH4分解）;在500℃以下，該復(fù)合體

3、系合計可釋放出10.3wt％H2;其放氫產(chǎn)物在450℃下的可逆吸氫量為8.6wt％。微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合體系在初始真空條件下的放氫產(chǎn)物為LiH、AlB2、MgB2、Al3Mg2以及部分非晶B等;在8MPa初始吸氫壓力下，除非晶B外，其它產(chǎn)物均能通過吸氫可逆生成LiBH4-MgH2-Al復(fù)合組分。進(jìn)一步研究表明，放氫過程中Mg17Al12熔融分解并與LiBH4反應(yīng)是MgB2和AlB2等可逆吸氫相大量形成的主要原因，上述可逆吸氫相顯著地

4、改善了該復(fù)合體系的熱力學(xué)條件，實現(xiàn)了較溫和條件下的可逆儲氫。
　　通過對LiBH4-Ce2Mg17氫化物復(fù)合體系的吸放氫性能研究發(fā)現(xiàn):該復(fù)合體系在400℃以下即可大量放出氫氣（8.5wt％），并且放氫動力學(xué)性能也得到顯著提高;LiBH4-Ce2Mg17氫化物復(fù)合體系呈現(xiàn)出兩個放氫階段，分別對應(yīng)于MgH2(310℃)和LiBH4(360℃)的分解;其放氫產(chǎn)物在450℃下的具有部分可逆吸氫性能，其吸氫量為4.2wt％。該復(fù)合體系在初始

5、真空條件下的放氫產(chǎn)物為CeH2.51、LiH、Mg和非晶B。微觀結(jié)構(gòu)分析表明，CeH2.51、MgH2起到了協(xié)同改改性作用;在這兩種物質(zhì)作用下，LiBH4-Ce2Mg17氫化物復(fù)合體系的放氫熱力學(xué)和動力學(xué)性能同時得到改善;一方面，CeH2.51和MgH2降低了LiBH4的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，致使LiBH4在較低地溫度下即可分解放氫;另一方面，CeH2.51和MgH2降低了分解反應(yīng)的表觀活化能，提高了放氫速率。初始真空狀態(tài)放氫，該體系的可逆儲氫容