用于储氢的高容量稳定配位氢化物制造技术

基于Al(BH4)3的配位氢化物通过存在一种或多种其它金属元素或有机加合物而稳定以提供高容量储氢材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于储氢的材料。特别是，本专利技术涉及用于储氢的配位氢化物。本专利技术还涉及用于储氢的稳定高容量配位氢化物。本专利技术进一步涉及制备稳定高容量配位氢化物的方法和工艺，这类工艺和方法适于制备稳定高容量配位氢化物的经济且安全的技术。背景讨论本专利技术部分地涉及金属氢化物和配位氢化物，其可用于形成用于氢循环的稳定氢容量。仍需要金属和配位氢化物在储氢量、放氢温度及氢吸附和解吸循环的可逆性方面的改进。例如，本领域中已知，如美国专利No. 7，094，387中所述，涉及形成独特的金属氢化物和配位金属氢化物的熔融态方法。然而，在涉及形成稳定高容量配位氢化物的技术和所得材料的领域中保留有改进和变化的余地。目前，氢在车辆上在5，000-10，OOOpsi的压力下储存。然而，从体积观点看，这些储存系统不是有效的。例如，氢气在10，OOOpsi下的储存密度仅为0. 035g/cm3，这是在氢的 20K沸点下液体氢的储存密度的大约一半。尽管较高的储存密度，因为由于被煮去的氢液化储存损失和在20K下的暂时休眠，所以液体氢是不理想的储存形式。配位金属氢化物如铝氢化物(例如LiAlH4、NaAlH4和KAlH4)和硼氢化物(例如 LiBH4、NaBH4和KBH4)显示容许作为用于氢固态储存的材料。例如，硼氢化锂(LiBH4)中的理论体积储氢密度为约0. 12g/cm3，大于气态氢在10，OOOpsi下的密度的三倍。然而，许多配位金属氢化物不适于储氢应用。例如Al (BH4) 3是不稳定的化合物，且当暴露在仅含有痕量水分的空气下时它的蒸气自燃。就其它配位氢化物化合物和材料的大量研究目前在进行中以确定最有效和有用的储氢材料。需要具有改进的化学稳定性、循环稳定的氢容量及与汽车和其它便携式电源要求一致的增强动力的固态储氢材料。专利技术概述本专利技术提供具有可以调节以满足各种汽车和便携式电源应用的车载储氢要求的改进化学稳定性和热力学特征的配位金属氢化物。本专利技术配位化合物具有一种组成，其中通常通过加入至少一个BH4-基团和至少一个选自金属的不同于Al的元素而使不稳定的Al (BH4) 3化合物稳定。配位化合物可具有组成Μχ+Α13+(ΒΗ4-)3+χ，其中M为选自金属的不同于Al的元素；且 χ为1、2、3、4、5、6、7或8的价数(氧化数)。配位化合物也可具有组成Mr+M2y+Al3+(BHx+y，其中Ml和M2为选自金属的不同于Al的不同元素；χ为1、2、3、4、5、6、7或8的价数；且y为1、2、3、4、5、6、7或8的价数。配位化合物还可具有组成Al (BH4)3 :R，其中R为有机加合物。本专利技术稳定硼氢化铝配位化合物可通过路易斯碱反应制备。配位化合物可在有机溶剂中稳定。附图简述参考以下图详细地描述本专利技术的优选实施方案，其中附图说明图1为未溶剂化Al (BH4)3的拉曼光谱。图2为显示使用KBH4稳定的未溶剂化Al (BH4) 3 (即KAl (BH4) 4)的X射线衍射图。图3显示KAl (BH4) 4的热储氢性能随温度TG和DTA变化的曲线图。图4为将溶剂化Al (BH4)4在甲苯中用三亚乙基二胺(TEDA)稳定以后的X射线衍射图。图5显示使用直接合成方法使用KBH4稳定的Al (BH4) 3的XRD分析。图6显示使用直接合成方法使用LiBH4稳定的Al (BH4) 3的XRD分析。图7显示使用直接形成和溶剂方法用三亚乙基二胺C#2H12稳定Al (BH4) 3。图8-18显示本专利技术的各个方面。优选实施方案详述本专利技术配位化合物基于非常不稳定的液体配位氢化物Al(BH4)315本专利技术人已发现将一个或多个金属元素或一个或多个BH4-基团加入Al (BH4)3配合物中产生具有比 Al (BH4)3更高的化学稳定性和更高的储氢容量的新硼氢化铝配位化合物。在实施方案中，配位化合物可具有组成MX+A13+(BH4-)3+x，其中M为选自金属的不同于Al的元素；且χ为1、2、3、4、5、6、7或8的价数。优选χ为1或2。例如配位化合物可例如为 LiAl (BH4) 4、NaAl (BH4)4, MgAl (BH4) 5。在另外实施方案中，配位化合物可具有组成Mlx+M2y+Al3+ (BH4O ^^，其中Ml和M2为选自金属的不同于Al的不同元素；χ为1、2、3、4、5、6、7或8的价数；且y为1、2、3、4、5、6、 7或8的价数。优选χ为1或2且y为1或2。例如配位化合物可例如为LiNaAl (BH4)5, LiMgAl(BH4)60在仍另外实施方案中，配位化合物可具有组成ΜΠΖΥ+ΑΙ^ΒΗΟμ”，其中Ml和M2 为选自金属的不同于Al的相同元素；且χ和y为1、2、3、4、5、6、7或8的不同价数。如上讨论，M、Ml和M2为不同于Al的金属元素。不同于Al的金属元素包括碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土元素、Ga、h、Sn、Pb和Bi。优选的碱金属包括Li、Na和K。优选的碱土金属包括Mg、Ca、Ba和Sr。优选的过渡金属包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、 Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt 禾口 Au。优选的稀土元素为镧系稀土元素。镧系稀土元素包括La、Ce、ft·、Nd、Rn、Sm、Eu、 Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 禾口 Lu。在仍又另外的实施方案中，配位化合物可具有组成Al (BH4) 3 :R，其中R为有机加合物。例如，R可以为胺或膦。优选的胺包括三甲胺和三亚乙基二胺(TEDA)。优选的膦包括三甲基膦。本专利技术配位化合物可通过使不稳定的硼氢化铝(Al (BH4) 3)与稳定剂反应而制备。在本专利技术稳定配位化合物的第一合成路径中，未溶剂化的Al (BH4)3通过使氯化铝 (AlCl3)与硼氢化锂(LiBH4)在惰性环境(例如商业化学反应器和/或^^化！^线型瓶(line flask))中结合而合成。可将LiBH4预研磨以降低它的粒度和增强Al (BH4)3的收率。本文所述反应和合成，包括未溶剂化Al (BH4) 3的合成，可例如在_50°C至600°C，优选0-400°C的温度下进行0. 1-100小时。压力可保持在例如0-6000psi。然后使未溶剂化的Al (BH4)3经受与稳定剂的稳定化反应。为制备组成为 MX+A13+ (BH4-) 3+x的配位化合物，稳定剂包含金属M。为制备组成为Mlx+M2y+Al3+ (BH4O 3+x+y的配位化合物，稳定剂包含金属Ml和M2。稳定剂可包含金属形式的一种或多种金属(例如金属 Na和金属K)。稳定剂还可包含一种或多种金属的一种或多种化合物。金属Ml和M2均可在一种化合物中或可在分开的化合物中。稳定剂可以为金属的硼氢化物(例如LiBH4、KBH4 或Mg(BH4)2)或金属的卤化物(例如LiCl)等。为制备组成为Al (BH4)3 =R的配位化合物，稳定剂可包含具有给电子配体的有机化合物如胺化合物和膦化合物。胺化合物的实例包括三甲胺(N(CH3)3)和三亚乙基二胺 (N (CH2CH2) 3N, TEDA)。膦化合物的实例包括三甲基膦(P (CH3) 3)。过量的未溶剂化Al (BH4)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·齐丹，R·F·蒙塔蒂，C·富瓦克斯，P·西瓦苏布拉马尼恩，
申请(专利权)人：丰田北美设计生产公司TEMA，萨瓦那赫河流核能处理责任有限公司SRNS，
类型：发明
国别省市：