硼氢化锂掺杂聚苯胺复合材料的制备与储氢性能的研究

1、燕 山 大 学本科毕业设计（论文）文献综述 课题名称：硼氢化锂掺杂聚苯胺复合材料的制备与储氢性能的研究 学院（系）： 环境与化学工程学院 年级专业： 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 2015年3月19日 一、课题国内外现状随着全球经济的高速发展和对能源需求的日益增加，人类面临着化石能源枯竭和生态环境恶化的双重压力，因此开发绿色新能源意义重大。氢能是理想的能源载体，而储氢技术是实现氢能规模化应用的前提和基础。目前氢已被广泛用于各行各业。氢能在航天动力燃料的应用已取得了成功，并显示出了其巨大的优势；氢与汽油、柴油等混合用作混合动力燃料，可以提高燃料的燃烧值和效率，是最近研究的热点之一，当前，许

2、多国家都在加紧部署、实施氢能战略，如美国针对运输机械的“FreedomCAR”计划和针对规模制氢的“FutureGen”计划，日本的“New sunshine”计划及“We-NET ”系统，欧洲的“Framework”计划中关于氢能研发的投入也呈现指数上升趋势，冰岛也提出要在20年内建立全球首个氢经济社会。中国作为能源消费的大国，氢能技术也被列入了科技发展“十五”计划和2015年远景规划(能源领域)中。各大公司纷纷推出了环保节能的氢动力试用汽车；在军事方面，德国己开发出了以PEMFC为动力系统的核潜艇，该类型潜艇具有续航能力强、隐蔽性好、无噪声等优点；而氢在氢燃料电池、氢能发电、氢介质储能与输

3、送、氢能空调以及氢能冰箱等方面的应用，正处在研究开发中。虽然氢能源前景广阔，有望成为21世纪替代传统能源的能源，但是，氢能的开发和利用还处于较小规模的阶段，仅限于特定的应用领域。氢能在工业和人类生活中的大规模利用受到限制，这主要是因为氢的生产、储存和运输等方面还存在问题，尤其是氢能的存储技术已成为氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈。二、研究主要成果 目前使用的储氢方法主要有以下三种，高压气态储氢、液态储氢和固态储氢。利用化学反应或物理吸附，将氢气储存于固态材料的固态储氢方法具有体积能量密度高和安全性好的优势，被认为是最有发展前景的储氢方法。现阶段研究应用最广泛的储氢材料主要是金属氢化物和配位氢化

4、物，迄今为止，已开发的实用性储氢合金有:稀土金属系(AB5型)、钦系(AB型)、锆系(AB5型)、镁系(A2B型)储氢合金。其中，镁系合金是较有发展前途的一种。镁基合金氢化物(Mg2NiH4, Mg2CuH3, Mg2FeH6, Mg2CoH5, MgH2)的含氢量大，性质稳定，是常见储氢合金中储氢量大于3.0wt%的储氢合金，它具有以下优点:a、储氢容量很高；b、价格低廉，资源丰富；c、质量轻，对环境污染小等。镁基储氢合金被认为是最有希望的燃料电池、燃氢汽车等用的储氢合金材料，因而吸引了众多的科学家致力于开发新型镁基合金。配位氢化物主要是指碱金属或碱土金属与第三主族元素及氢形成的化合物，通式

5、为 A（MH4）n，其中A一般为碱金属(Li, Na, K等)或碱土金属(Mg, Ca等)，M则为第三主族的B或Al，n视金属A的化合价而定(1或2)。LiBH4, NaBH4和KBH4是己实现工业化生产的配位氢化物，其中每克NaBH4通过水解可以产生0.211g氢气，在干燥或惰性气氛中，这些配位氢化物一般都具有良好的热稳定性，要到300以上才能分解释放氢气。该类氢化物含有丰富的轻金属元素，含有极高的储氢容量，是一种优良的储氢介质。在这些材料中，LiBH4的储氢量最高，达到了18.4%wt。三、发展趋势： 当今各种储氢材料的结构、性能、制备和应用等方面的研究均取得大量研究成果；商业化进程也正在

6、迅速推进。但到目前为止, 储氢合金材料和碳储氢材料的总体性能仍需提高, 其中包括进一步满足关于安全、高效、体积小、质量轻、成本低、密度高等需求；对不同储氢材料的储氢机理也有待进一步深入研究。总之,储氢材料只有满足原料来源广、成本低、制造工艺简单、比重小、氢含量高、可逆吸放氢速度快、效率高、可循环使用、寿命长等条件,才能在更大程度上符合实用要求。四、存在问题当前储氢材料研究工作需要解决的关键问题主要有:a.开发高性能储氢复合材料, 以增强综合性能；b.加强储氢机理研究, 各种纳米管材料、金属有机物多孔材料等都具有非常强的储氢潜力, 但关于其吸放氢机理一直没有达成共识；c.向轻元素如Li、B、C、

7、N或混合轻元素方向发展, 以期提高储氢密度；d.立足实用, 发展储氢材料大规模连续制备技术, 降低储氢材料的成本；e.将氢气的储存/ 释放系统作为整体, 发展实用的储氢系统, 拓展储氢材料的应用范围, 开发储氢材料的各种潜在功能。五、主要参考文献 1相丽. 国外储氢材料的研究现状J. 新材料产业, 2007, 3, 54-60.2刘啸锋, 马光, 李银娥. 储氢材料的研究与进展R. 中国, 成都, 第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会, 2007, 11: 161-164.3徐楼. Li-Mg-B-H复合材料的储氢特性研究D. 浙江大学硕士学位论文, 2011.4张宏亮.

8、催化剂掺杂改善LiAlH4-MgH2的储氢特性D. 华南理工大学硕士学位论文, 2010.5王新华, 肖学章, 陈立新等. 掺Ti球磨NaH/Al复合物的微结构和储氢特性J. 高等学校化学学报, 2006, 27: 1360-1362.6 Sun D L, Srinivasan S S, Chen G R, et al. Rehydrogenation and Cycling Studies of Ehydrogenated NaA1H4J. Journal of Alloys and Compounds, 2004, 373: 265-269.7 Liu S S, Sun L X, Zhan

9、g Y, et al. Effect of Ball Milling Time on the Hydrogen Storage Properties of TiF3-doped LiA1H4J. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 19(34): 8079-8085.8 Wang P, Kang X D. Hydrogen-rich Boron-containing Materials for Hydrogen Storage Dalton Trans. 2008, (40): 5400-5413.9 Luo W F. LiNH2-M

10、gH2: a viable hydrogen storage systemJ. Journal of Alloys and Compounds, 2004,381:284-28710 Li C., Peng P., Zhou D. W. Research Progress in LiBH4 for Hydrogen Storage: A reviewJ. ScienceDirect, 2011, 36: 14512-14526.11董奇志, 鲍飞豹. 聚苯胺纳米复合材料的优良性能J. 高分子通报, 2009, 8: 38-43.12郑时有. 轻质储氢材料的研究D. 复旦大学, 2009, 4: 1-3.13汪云华, 土靖坤, 赵家春. 固体储氢材料的研究进展J. 材料导报A, 2011,5(25): 120-123.14 Duret B, Saudin A. Microspheres for on-board Hydrogen StorageJ. Int J