氢储存运输及加注技术教学课件：5.2配位氢化物储氢

配位氢化物储氢A代表金属一种中心原子与氢原子以共价键的形式形成阴离子配位基团，然后再跟金属离子形成的配位化合物通式配位氢化物LiBNAIAx(ByHz)nMgCaKNaAlZnZrHfB代表与氢形成配位基团的元素x、y、z和n代表原子的个数配位氢化物理论质量储氢密度较高配位氢化物放氢过程中会产生杂质需通过吸附等方式提纯铝氢化物硼氢化物氮氢化物铝氢化物配位氢化物硼氢化物氮氢化物典型配位氢化物的储氢性能材料密度(g/cm3)质量储氢密度（wt%）体积储氢密度（kg/m3）氢化物生成焓（kJ/mol）LiBH40.6618.36122.5-194Mg(BH4)20.98914.82146.5--NaBH41.0710.57113.1-191LiAlH40.91710.50---119NaAlH41.287.41---113Mg(AlH4)2--9.2772.3--LiNH21.188.87103.6-179.6Mg(NH2)21.397.1599.4--轻金属硼氢化物储氢材料18.4、14.6、10.6wt%质量储氢密度金属硼氢化物所带负电由Li、Na、K、Be、Mg、Ca等金属阳离子来补偿。LiBH4轻金属硼氢化物储氢原理放氢反应复杂需要高温条件下经过多步反应才能放氢Mg(BH4)2NaBH4放氢速率较慢循环稳定性较差LiBH4质量储氢密度较高，具有应用前景Mg(BH4)2NaBH4LiBH4硼氢化锂在常温下是一种白色粉末0.66-0.68g/cm3密度275-278℃熔点18.36%质量储氢密度商业合成的LiBH4是在乙醚或异丙胺溶液中通过NaBH4和卤化锂间的交换反应实现的。

提升LiBH4储氢性能的方式利用元素替代和复合氢化物进行热力学调控；1通过催化掺杂或原位反应生成的活性物质，提供足够活性反应点来提高反应动力学；2纳米化，通过减少颗粒尺寸、优化材料结构和进行纳米限域，来同时提高体系热力学和动力学性能。3纳米化案例石墨烯负载石墨烯Zhang等采用丁基锂和三乙胺硼烷为反应前驱体LiBH4/Ni@G样品的形貌、储氢性能及循环稳定性[85]在一定氢压和温度下原位纳米Ni催化的超细LiBH4纳米颗粒复合储氢材料LiBH4含量高达70%硼氢化镁Mg(BH4)2硼氢化镁质量储氢密度高达14.8%，且Mg元素电负性较高，大于Li和Na，故而拥有较低的放氢温度，能够在300℃放出氢气。吸放氢温度高速度慢反应动力学和热力学性能差影响其在氢能领域的实际应用通常在湿化学法下合成常用的方法硼氢化镁MgCl2LiBH4NaBH4在乙醚溶液中发生离子交换反应以制备NaBH4NaBH4及其复合体系典型的离子-共价键化合物具有相对较强的化学键合作用，因此稳定性高。（1）NaBH4的热解放氢NaBH4的质量储氢密度为10.57%热解放氢温度大于500℃NaBH4是白色结晶粉末，受潮易分解。NaBH4具有较高的稳定性，同样也存在着吸放氢热、动力学性能缓慢等应用瓶颈问题。

NaBH4（2）NaBH4的水解放氢在常温、中性条件下，不需催化剂可以与水直接反应，生成氢气和偏硼酸钠。水解反应浓度温度pH值催化剂

硼氢化钠（2）NaBH4的水解放氢可以通过电化学还原的原理重新制备硼氢化钠，这样可降低原料NaBH4的成本，实现资源的回收利用。偏硼酸钠水

阴极反应阳极反应硼氢化钠水解放氢工艺主要的研究方向水解发生器氢气的纯化与燃料电池的适配性①NaBH4水解发生器考虑催化剂的有效利用、副产物偏硼酸钠的收集以及材料体积膨胀等。①NaBH4水解发生器硼氢化钠水溶液燃料-废液一体的单腔燃料室伴随着迅速流出的氢气，很多含盐碱的水汽也被带出NaBH4水解②NaBH4水解制氢的净化呈酸性的质子交换膜燃料电池性能产生影响对质子交换膜产生不可逆的破坏减少燃料电池使用寿命伴随着迅速流出的氢气，很多含盐碱的水汽也被带出NaBH4水解②NaBH4水解制氢的净化必须去除氢气中的杂质以提高氢气纯度延长质子交换膜燃料电池使用寿命去除气体杂质解决方式膜分离法酸洗气液分离器干燥剂③与燃料电池适配性燃料硼氢化钠储罐催化反应器加热和冷却装置废液储罐氢气储罐氢气净化装置以及泵阀件和压力传感③与燃料电池适配性微型燃料电池系统为了节约体积，可利用燃料腔与废液腔为一体的单腔结构反应器初步冷凝产物氢气与偏硼酸钠燃料腔燃料电