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【6h】

添加碱金属化合物对Li-N-H体系储氢材料动力学性能的增强

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目录

摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 金属(合金)氢化物储氢材料

1.2.1 AB5型稀土系合金储氢材料

1.2.2 AB2型Laves相储氢材料

1.2.3 AB型储氢合金

1.2.4 A2B型镁基储氢合金

1.3 配位氢化物储氢材料

1.4 金属-氮-氢基储氢材料

1.5 Li-N-H基储氢材料研究现状

1.5.1 概述

1.5.2 基础研究

1.5.3 减小颗粒尺寸的研究

1.5.4 添加催化剂的研究

1.6 本文的选题依据及研究内容

参考文献

第二章 碱金属氢氧化物加入对于LiNH2-LiH体系脱氢性能的增强

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要试剂及仪器

2.2.2 样品的制备

2.2.3 结构表征测试

2.2.4 热脱附和等温脱附测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 碱金属氢氧化物添加的LiNH2-LiH体系的脱氢性能研究

2.3.2 不同含量KOH添加对LiNH2-LiH体系脱氢性能的影响

2.3.3 KOH添加LiNH2-LiH样品的脱氢动力学热力学分析

2.3.4 KOH添加改善LiNH2-LiH体系脱氢动力学性能的反应机理

2.4 结论

参考文献

第三章 碱金属氢化物添加对于LiNH2-LiH体系脱氢性能的增强

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要试剂及仪器

3.2.2 样品的预处理

3.2.3 结构表征测试

3.2.4 热脱附和等温脱附测试

3.2.5 循环性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 碱金属氢氧化物添加的LiNH2-LiH体系的脱氢性能研究

3.3.2 不同含量KH加入对LiNH2-LiH体系脱氢性能的影响

3.3.3 LiNH2-LiH-0.05 KH体系脱氢动力学热力学分析

3.3.4 KH加入的LiNH2-LiH样品在球磨操作后及加热过程中的结构表征

3.3.5 KH添加的LiNH2-LiH样品脱氢性能增强的机理讨论

3.3.6 LiNH2-LiH-0.05 KH体系循环性能测试

3.4 结论

参考文献

第四章 碱金属氨基化物添加对于LiNH2-LiH体系脱氢性能的增强

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要试剂及仪器

4.2.2 样品的制备与预处理

4.2.3 结构表征测试

4.2.4 热脱附和等温脱附测试

4.2.5 循环性能测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 碱金属氨基化物添加的LiNH2-LiH体系的脱氢性能研究

4.3.2 不同含量KNH2添加对LiNH2-LiH体系脱氢性能的影响

4.3.3 KNH2加入的LiNH2-LiH样品脱氢动力学热力学分析

4.3.4 KNH2添加的LiNH2-LiH样品动力学增强的反应机理讨论

4.3.5 添加KNH2的LiNH2-LiH样品循环性能测试

4.4 结论

参考文献

第五章 总结与展望

攻读硕士学位期间发表论文

致谢

声明

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摘要

随着人们对能源的需求日益增加,寻找绿色、环保、可再生的新型能源替代当前的一次化石能源已经迫在眉睫。氢能凭借其清洁环保、储藏量大、能量密度高的优点,被科学家们作为未来理想能源载体的候选者之一。在氢能的发展过程中,至关重要的技术难题是解决氢气的储存问题。在诸多不同种类的储氢材料中,“金属-氮-氢”基储氢材料,由于具有储氢量大、运行温度低、动力学性能优良的特点,成为近些年来储氢材料学者们研究的热点。
  自从陈萍等人在2002年首次提出Li-N-H的储氢体系后,该体系在世界范围内受到广泛关注。该文章提出Li3N能够通过以下两个连续的反应可逆地储存超过10 wt%的氢气。
  Li3N+2H2(→) Li2NH+LiH+H2(→) LiNH2+2LiH(1).
  之后不久,LiNH2-LiH体系也作为一个经典的储氢体系被广泛研究,因为它可以通过下述反应更容易的吸/放6.5 wt%的氢气。
  Li2NH+H2(→) LiNH2+LiH(2).
  近几年,有研究表明碱金属钾化合物包括氢化钾、氨基钾、氢氧化钾以及钾的卤化物在改善Li-Mg-N-H储氢体系的动力学性能方面有良好的催化效果。本文在此基础之上,研究并讨论了碱金属氢氧化物、碱金属氢化物、碱金属氨基化物的添加,对Li-N-H体系储氢性能的影响,并讨论其反应机理。
  1.碱金属氢氧化物加入对LiNH2-LiH体系储氢材料脱氢性能的增强
  我们研究并讨论了LiOH,NaOH,KOH三种氢氧化物添加对LiNH2-LiH体系脱氢性能的影响,并确定了三种碱金属氢氧化物对于LiNH2-LiH体系脱氢性能都有明显的增强效果。在这三种氢氧化物之中,以KOH效果最为显著。相对于LiNH2-LiH样品较宽的脱氢曲线而言,加入5 mol% KOH之后其峰型变得尖锐,并且放氢起点温度降低了36℃,峰值温度降低了42℃。进一步结构表征显示,在球磨过程中碱金属氢氧化物可以与LiH发生反应生成对应的氢化物,而这一现象是碱金属氢氧化物添加的LiNH2-LiH体系动力学性能增强的主要原因。
  2.碱金属氢化物加入对LiNH2-LiH体系储氢材料脱氢性能的增强
  我们研究并讨论了加入三种碱金属氢化物(LiH,NaH,KH)的LiNH2-LiH体系脱氢性能。研究结果表明,三种碱金属氢化物对LiNH2-LiH体系脱氢性能都有着明显的增强效果,其中以KH加入的LiNH2-LiH体系效果最为显著。相对于LiNH2-LiH样品较宽的脱氢曲线而言,加入5 mol% KH之后其峰型变得尖锐,并且放氢起点温度降低了20℃,峰值温度降低了30℃。通过机理讨论我们得出,KH添加LiNH2-LiH体系动力学性能之所以得到增强,是因为KH与NH3反应产生催化效果,加速了脱氢反应的进行。在后续循环性能测试中,相对于未添加的LiNH2-LiH样品而言,5 mol% KH加入的LiNH2-LiH样品表现出理想的循环性能。
  3.碱金属氨基化物添加对LiNH2-LiH体系储氢材料脱氢性能的增强
  这一部分我们讨论了加入三种碱金属氨基化物(LiNH2,NaNH2,KNH2)的LiNH2-LiH体系脱氢性能。研究结果表明,三种碱金属氨基化物中只有KNH2对LiNH2-LiH体系脱氢性能都有着明显的增强效果。相对于LiNH2-LiH样品较宽的脱氢曲线而言,加入5 mol%KNH2之后其峰型变得尖锐,并且放氢起点温度降低了40℃,峰值温度降低了34℃。进一步结构研究表明,KNH2在球磨过程中与LiH反应生成KH,是加入5 mol% KNH2的LiNH2-LiH脱氢动力学性能提升的主要原因。最后,在循环性能测试中,相对于未添加的LiNH2-LiH样品,5 mol% KNH2加入的LiNH2-LiH样品表现出理想的循环性能。

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