專利名稱：一種含稀土元素y的可逆復合儲氫材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種屬于非金屬材料類的儲氫材料，具體涉及一種含稀土元素Y的儲 S材料。
背景技術：
氫是一種高效清潔的能源載體。氫可以從多種渠道獲得，在使用中通過燃料電池可將氫轉化為電和熱，同時可實現零排放。隨著能源危機的加深，氫能源的作用越來越被重視，被認為是連接化石能源向可再生能源過渡的橋梁，實現能源可持續供給和循環的重要載體之一。但是氫燃料電池的應用還有很多困難，主要是沒有方便快捷、直接的供氫方式和缺乏安全有效的儲氫技術。因此發展氫能汽車及便攜電源的主要關鍵就是開發安全有效的供氫和儲氫技術。目前，最常用技術最成熟的氫氣儲存方式是利用高壓鋼瓶儲存，但是這種方法不僅危險，而且高壓瓶自身的超高重量極大制約了其作為便攜式能源的應用。固態儲氫材料存儲是通過化學反應或物理吸附將氫氣存儲于固態材料中，其能量密度高且安全性好，被認為是最有發展前景的一種儲氫方式。由氫元素組成的輕質高容量儲氫材料理論容量均達到5%以上，為固態儲氫材料與技術的突破帶來了希望。而硼氫化鈉(NaBH4)則是輕質高容量儲氫材料中最熱門的研究對象之一。硼氫化鈉是一種白色晶狀粉末，理論儲氫容量為10.8% (質量分數)。硼氫化鈉是一種強還原劑，在室溫和催化劑作用下即可和水反應產生氫氣。但是硼氫化鈉水解制氫還存在許多困難，而且不具有可逆性。另一種方法利用加熱硼氫化鈉分解也可制氫，但是同樣也存在很多缺點，如分解溫度高，純在IatmAr中需500°C以上才能分解放氫，而且幾乎沒有可逆性，所以也難以應用到實際中。
發明內容
本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種含YF3 (氟化釔)的稀土復合可逆儲氫材料及其制備方法，工藝簡單易行，制得的儲氫材料具有比純NaBH4和其他 NaBH4復合儲氫材料優越的放氫溫度、可逆性等性能，同時保持較高的儲氫量。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案—種含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料，包含以下組份NaBH4 ；所述組分質量百分含量為YF3為10% 56. 26%, NaBH4為43. 74% 90%。本發明還涉及一種制備上述可逆復合儲氫材料的方法，包括以下步驟a.將NaBH4和YF3配置成混合粉末；b.將上述混合粉末置于球磨機中在惰性氣體保護下進行球磨；c.待上述混合粉末充分反應后，停止球磨，所得產物為本發明含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料。所述步驟a中YF3為10% 56. % (質量)，NaBH4為43. 74% 90% (質量)；所述步驟b中惰性氣體為氬氣，鋼球混合粉末的質量比為30 1，大鋼球小鋼球的質量比為1 2 ；所述球磨機轉速設置為400r/min，球磨10 50個周期，每個周期轉6 50 分鐘停6 12分鐘。本發明的優點是(1)提高了儲氫材料的動力學性能，通過添加YF3稀土化合物儲氫材料具有比以往純NaBH4更加優良的動力學性能，即更低的放氫溫度(降低了 80°C )。(2)使含NaBH4的儲氫材料出現可逆性，并且比現有的添加了催化劑的含NaBH4儲氫材料要有更好的可逆性，在30(TC條件下，材料仍吸氫約1. 5%。(3)體系具有最大可達4. 5wt %的儲氫量，且所含雜質元素的總量小于0. 01 % (質
量)O
圖1為300°C下吸放氫循環后的PCT曲線(壓力成分溫度曲線)；圖2為350°C下吸放氫循環后的PCT曲線(壓力成分溫度曲線)；圖3為380°C下多次吸放氫循環后的PCT曲線(壓力成分溫度曲線)；圖4為380°C下多次吸放氫循環后的PCT曲線(壓力成分溫度曲線)；圖5為本發明可逆復合儲氫材料的DSC曲線(差示掃描量熱分析曲線)；圖6為本發明可逆復合儲氫材料的XRD譜圖(X射線衍射譜)。
具體實施例方式實施例1(1)稱取3. 402gNaBH4粉末和4. 377gYF3粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質量比和1 2的大小球質量比加入鋼球；(3)在氬氣保護下球磨，球磨轉速設置為400r/min，球磨25個周期，每個周期轉48 分鐘停12分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發明產物含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料，所含 YF3 為 56. 26% (質量)，NaBH4 為 43. 74% (質量)。對上述所制得的本發明產物可逆復合儲氫材料進行DSC(差示掃描量熱分析)和 XRD(X射線衍射譜)測試圖1 4為本發明產物可逆復合儲氫材料吸放氫循環后的PCT 曲線(壓力成分溫度曲線)；圖1表明在300°C的低溫下，所述可逆復合儲氫材料仍然具有高達1. 5%的可逆儲氫量，具有優異的低溫儲氫性能。圖1 3表明隨溫度增加可逆吸氫量增加；圖3 4表明所述可逆復合儲氫材料的可逆儲氫量具有較好的穩定性；圖5為本發明產物可逆復合儲氫材料的DSC曲線(差示掃描量熱分析曲線)，包含失重曲線和吸熱曲線，橫坐標為溫度，左縱坐標為熱量值，右縱坐標為質量百分比。DSC結果顯示放氫量為 4. 16(wt) %，放氫溫度425°C。說明所述可逆復合儲氫材料放氫溫度降低，動力學性能提高； 圖6為本發明產物可逆復合儲氫材料的XRD譜圖，表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復合儲氫材料沒有生成新相，YF3起催化劑的作用。實施例2
(1)稱取3. 402gNaBH4粉末和4. 377gYF3粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質量比和1 2的大小球質量比加入鋼球；(3)在Iatm氬氣保護下球磨，球磨轉速設置為400r/min，球磨50個周期，每個周期轉48分鐘停12分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發明產物含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料，所含 YF3 為 56. 26 %，NaBH4 為 43. 74 %。對球磨后的本發明產物進行DSC和XRD測試。DSC結果顯示放氫量為3. 68 (wt) %，放氫溫度437 °C。XRD測試表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復合儲氫材料沒有生成新相，YF3 起催化劑的作用。實施例3(1)稱取3. 402gNaBH4粉末和0. 5gYF3粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質量比和1 2的大小球質量比加入鋼球；(3)在氬氣保護下球磨，球磨轉速設置為400r/min，球磨12個周期，每個周期轉48 分鐘停12分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發明產物含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料，所含 YF3 為 12. 81%, NaBH4 為 87. 19%。對球磨后的本發明產物進行DSC和XRD測試。DSC結果顯示放氫量為3. 86 (wt) %，放氫溫度432 °C。XRD測試表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復合儲氫材料沒有生成新相，YF3 起催化劑的作用。實施例4(1)稱取1. 194gNaBH4粉末和IgYF3粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質量比和1 2的大小球質量比加入鋼球；(3)在氬氣保護下球磨，球磨轉速設置為400r/min，球磨50個周期，每個周期轉6 分鐘停6分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發明產物含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料，所含 YF3 為 45. 58 %，NaBH4 為 54. 42 %。對球磨后的本發明產物進行DSC和XRD測試。DSC結果顯示放氫量為3. 89 (wt) %，放氫溫度4!35°C。XRD測試表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復合儲氫材料沒有生成新相，YF3 起催化劑的作用。實施例5(1)稱取3. 402gNaBH4粉末和IgYF3,粉末，然后混合；(2)把混合粉末加入到球磨罐，并以30 1的球料質量比和1 2的大小球質量比加入鋼球；
(3)在氬氣保護下球磨，球磨轉速設置為400r/min，球磨12個周期，每個周期轉48 分鐘停12分鐘；(4)球磨完成后，取出樣品，得本發明產物含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料，所含 YF3 為 22. 72 %，NaBH4 為 77. 28 %。對球磨后的本發明產物進行DSC和XRD測試。DSC結果顯示放氫量為4.05%，放氫溫度440 V。XRD測試表明體系中含有該工藝合成的含YF3的復合儲氫材料沒有生成新相，YF3 起催化劑的作用。
權利要求
1.一種含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料，其特征在于包含以下組份=YF3和NaBH4。
2.根據權利要求1所述的可逆復合儲氫材料，其特征在于所述組分質量百分含量為 YF3 為 10% 56. 26%, NaBH4 為 43. 74% 90%。
3.一種制備權利要求1或2所述的可逆復合儲氫材料的方法，其特征在于包括以下步驟a.將NaBH4和YF3配置成混合粉末；b.將上述混合粉末置于球磨機中在惰性氣體保護下進行球磨；c.待上述混合粉末充分反應后，停止球磨，所得產物為本發明含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料。
4.根據權利要求3所述的制備可逆復合儲氫材料的方法，其特征在于所述步驟a中 YF3 為 10% 56.(質量)，NaBH4 為 43. 74% 90% (質量)。
5.根據權利要求3所述的制備可逆復合儲氫材料的方法，其特征在于所述步驟b中惰性氣體為氬氣。
6.根據權利要求3所述的制備可逆復合儲氫材料的方法，其特征在于所述步驟b中鋼球混合粉末的質量比為30 1，大鋼球小鋼球的質量比為1 2。
7.根據權利要求3所述的制備可逆復合儲氫材料的方法，其特征在于所述球磨機轉速設置為400r/min，球磨10 50個周期，每個周期轉6 50分鐘停6 12分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種含稀土元素Y的可逆復合儲氫材料和制備方法，所述可逆復合儲氫材料組份包含YF3和NaBH4；本發明提高了儲氫材料的動力學性能，通過添加YF3稀土化合物儲氫材料具有比以往純NaBH4更加優良的動力學性能，即更低的放氫溫度(降低了80℃)，且具有可逆性；本發明產物具有較高的儲氫量，在300℃條件下，材料仍吸氫約1.5％；且所含雜質元素的總量小于0.01％(質量)。
文檔編號C01B3/06GK102431968SQ20111024934
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者丁文江, 曾小勤, 李龍津, 鄒建新 申請人:上海交通大學