1.7　制氢及镁基储氢材料未来的发展趋势

由于世界范围内能源危机加剧以及环境保护的迫切需要,寻找可再生的绿色能源成为当前世界亟待解决的问题。目前,氢能作为最理想的绿色能源之一,吸引了越来越多的科研工作者的关注。氢能具备广泛的来源、丰富的储量、较高的能量密度以及可循环利用且绿色清洁等优点。然而,氢能的储存和运输是制约开发利用氢能最主要的因素。因而,现如今对储氢材料(包括化学氢化物,吸附储氢材料,金属氢化物)的研究成为焦点。

在众多的储氢材料中,硼氮化合物由于高的质量储氢密度和容易脱氢的特点而受到特别的关注。其中最为典型的硼氮化合物为氨硼烷(ammonia borane,NH3·BH3,AB),因含氢量高(19.6wt.%)、热稳定性适中、放氢条件相对温和,成为目前最具潜力的储氢材料之一。NH3·BH3 水溶液中具有较良好的稳定性,因此室温下水解动力学缓慢一直是制约NH3·BH3 在储氢领域中发展的一个关键因素。研究表明,催化剂对氨硼烷水解反应的氢气产量以及释氢速率具有十分重要的作用。从目前的研究报告来看,适用于催化AB 水解反应的催化剂主要为铂族金属、Ir、Ru、Pd和Ni、Co金属及其硼化物等两大类。尽管铂族金属具备优良的催化水解性能,但也存在资源有限和成本高昂等问题。因此,研究开发较低成本、较高性能的催化剂,对推动NH3·BH3 催化水解体系具有十分重要的意义。(https://www.daowen.com)

对于镁基储氢材料而言,其高的储氢容量、丰富的资源以及低廉的价格成为研究者关注的热点储氢材料。目前,国内外都在制定和出台相关政策推动氢能的开发和利用,具有高容量的镁基储氢材料具有广阔的应用前景,特别是在作为燃料电池供氢系统载体方面的应用价值是无法估量的。前期大量研究表明:改变制备工艺致使合金材料内部出现非晶纳米晶结构可以显著改善其吸/放氢动力学性能;对合金做球磨处理时加入过渡金属及其化合物同样可以显著改善合金的吸/放氢动力学性能;另外添加过渡金属化合物可以在合金吸/放氢过程中形成过渡金属氢化物进而达到显著降低合金氢化物热稳定改善热力学性能的目的。

然而,镁基储氢合金材料距离实际应用还存在诸多问题。第一,镁基储氢材料虽然在吸/放氢动力学方面通过各种改性手段得到显著改善,但是在低温下的吸/放氢动力学性能仍然不能满足实际需要。第二,镁基储氢合金氢化物的热稳定性仍然较高,致使其仍具有较强的热稳定性,因此实际的放氢温度均在200℃以上。第三,镁基储氢合金材料经过吸/放氢循环之后,合金颗粒逐渐细化从而增加表面能,这在很大程度上增加了合金颗粒的团聚,因此对于镁基储氢合金材料来说降低团聚是提高其吸/放氢循环寿命的有效方法。第四,通过上述的文献调研发现球磨处理镁基储氢合金材料过程中添加过渡金属化合物可以在吸/放氢性能改善方面提供良好的催化作用,然而关于催化剂的催化吸/放氢过程的作用机理研究的报道较少,因此研究催化剂对镁基储氢合金吸/放氢催化作用机理可以为其吸/放氢性能的改善提供理论指导,也是镁基储氢合金材料未来研究的重点领域。