基本原理
車載鋁合金水解制氫技術主要是利用金屬鋁與水發生化學反應來制備氫氣,屬於壹種制氫技術。鋁水反應制氫可用下面的式子表示:
2Al +4H2O=2AlO(OH) + 3H2↑
2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑
鋁在地球上含量豐富,來源廣泛,價格低廉,密度低,且鋁水反應的過程不產生含碳和氮的有害物質,產物環境友好,金屬鋁水解反應也具有很高的氫氣產量和產氫速率。雖然鋁容易與水反應,但通常條件下由於鋁表面與空氣接觸,會覆蓋壹層致密的氧化膜,阻礙金屬鋁與水的接觸反應,因而如何有效去除鋁表面的氧化膜,加速反應的進行,提高轉化率是鋁水反應的關鍵。針對以上難點,可通過優化制氫鋁合金的成分以及制備工藝來獲得具有高活性的產氫鋁合金,實現快速水解制氫。制氫後得到水解產物偏鋁酸,可以直接作為阻燃材料使用,高品質的偏鋁酸可以用於電池隔膜產業,並可以進壹步加工成微納米級氧化鋁,具有較高的經濟價值。同時,偏鋁酸和氫氧化鋁經過加熱可以得到品質較好的三氧化二鋁。
湖北工業大學董仕節教授帶領團隊從2006年開始研發相關技術,並於2010年獲批科技部973前期專項研究項目“車載水解制氫用鋁合金制備的關鍵技術基礎研究”、2017年獲批國家自然科學基金面上項目“水解制氫用高活性微納米Al-Ga-In-Bi2O3-SnCl2材料的制備及產氫機理”。
授權專利ZL201610564832.5 公開了壹種水解制氫鋁合金及其制備方法,主要是采用機械合金化的方式在金屬鋁粉中添加少量低熔點金屬和無機鹽制備出在常溫常壓下能與水反應產生氫氣的水解制氫鋁合金。並且,通過調整添加劑的含量可以獲得不同產氫量的水解制氫鋁合金。申請專利CN201910117543.4公開了壹種水解制氫鋁合金及其制備方法和應用,其由90~95wt%Al和5~10wt%添加劑組成,所述添加劑為金屬單質、金屬氧化物和金屬氯化物中的壹種或多種。該水解制氫鋁合金采用機械合金化的方式制備而成。根據不同的需要,可以通過改變添加劑成分和含量以及機械合金化工藝參數獲得產氫性能不同的水解制氫鋁合金。上述兩項專利現已授權給南陽市青動能源科技有限公司,允許其在運營期間使用,且授權使用期限為4年。