Li-N-H系新型貯氫材料的貯氫性能研究.pdf

1、隨著各類貯氫合金材料開(kāi)發(fā)的日益成熟，發(fā)展較高的氫質(zhì)量/體積百分比貯氫材料已經(jīng)成為新的課題，金屬絡(luò)合物及一些新型無(wú)機(jī)化合物材料因其貯氫質(zhì)量密度高，近年來(lái)備受關(guān)注。Li-N-H系材料的理論貯氫密度高達(dá)10.4wt％，是目前國(guó)際上關(guān)于貯氫材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。但國(guó)內(nèi)除沈陽(yáng)金屬所YongChen等在LiNH2/MgH2的放氫方面做過(guò)相關(guān)研究，再無(wú)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。本文從起始Li3N材料的合成因素比較；經(jīng)XRD物相定性和吸氫定量分析，研究了Li3N

2、在不同溫度下的吸氫性能，確定充分氫化為L(zhǎng)iNH2+2LiH時(shí)所需條件；結(jié)合P-C-T曲線測(cè)試和TG/DTA熱分析，對(duì)LiNH2+2LiH的放氫性能進(jìn)行研究；并采取球磨和添加催化劑的方式，對(duì)其貯氫性能改性的比較。具體內(nèi)容如下。 1.比較了在一定氮?dú)鈮毫ο?，不同溫度?duì)合成Li3N的影響。結(jié)果表明，溫度高低對(duì)合成反應(yīng)的影響只體現(xiàn)在反應(yīng)所需時(shí)間上，對(duì)產(chǎn)物物相組成并無(wú)影響。溫度較高，所需時(shí)間較短，但差別不大，因此確定在稍高于Li熔點(diǎn)的20

3、0℃溫度進(jìn)行合成。 2.在合成Li3N的基礎(chǔ)上，研究其吸氫性能。在較低氫壓時(shí)進(jìn)行P-C-T曲線測(cè)試，結(jié)果表明，受壓力、溫度低的制約，Li3N吸氫曲線只出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)，在250℃時(shí)最大吸氫量為3.24wt％。在4～5MPa的高壓氫氣和不同溫度下吸氫時(shí)，通過(guò)XRD物相鑒定和反應(yīng)稱重定量分析可知，200℃吸氫量只能達(dá)1.87wt％；400℃反應(yīng)完全，吸氫量達(dá)到9.50wt％，與理論吸氫量的差距是因LiOH、Li2O雜相存在所致。Li3N

4、在球磨后，有不銹鋼成分的雜質(zhì)形成，可能相為AlCo、AlNi、Fe24N10、Fe2SiTi和Fe3N，影響吸氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；Li3N在球磨后晶體空間群由P6/mmm轉(zhuǎn)變?yōu)镻63/mmc，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降；添加Ti粉球磨時(shí)有少量TiN0.9雜相形成。 3.研究了合成Li3N充分氫化后的LiNH2+2LiH試樣在不同反應(yīng)條件的放氫性能。高溫P-C-T曲線測(cè)試顯示，400℃經(jīng)72h釋放出2.75wt％的氫氣；而300℃經(jīng)108h則可達(dá)3

5、.33wt％，表明盡管反應(yīng)時(shí)間充分長(zhǎng)，放氫過(guò)程仍不完全，動(dòng)力學(xué)性能較差與真空度不夠高有一定關(guān)系。TG/DTA熱分析結(jié)果表明，分別以3k/min和8k/min的速率由室溫升溫至400℃，并于400℃保溫1h時(shí)，總失重(放氫量)都大于6.5％，吸熱起始溫度為270℃左右，吸熱峰尖在350℃以上。對(duì)應(yīng)于LiNH2+2LiH放氫的第一步，而第二步放氫反應(yīng)由于平臺(tái)壓過(guò)低，較難進(jìn)行。 4.綜合比較所有球磨過(guò)程對(duì)吸放氫性能的影響，可以得知，球

6、磨過(guò)程都有不銹鋼成分的雜相生成。由于雜相的存在，P-C-T測(cè)試時(shí)，Li3N的吸氫反應(yīng)和LiNH2/LiH放氫反應(yīng)都更難進(jìn)行；TG/DTA熱分析測(cè)試結(jié)果表明，球磨使得粉末粒度減小，熱分析圖譜出現(xiàn)不同程度的不穩(wěn)定及增重，放氫量有所降低，但是降低起始放氫/吸熱溫度的效果顯著，降幅在50℃以上；采用間歇式球磨方式時(shí)，若總球磨時(shí)間不變，縮短每次球磨時(shí)間會(huì)降低球磨過(guò)程溫度的升高，更利于防止熱效應(yīng)的產(chǎn)生，放氫量增加，反應(yīng)起始放氫/吸熱溫度也得以降低；