Destabilizing LiBH4 with a Metal (M = Mg, Al, Ti, V, Cr, or Sc) or Metal Hydride (MH2 = MgH2, TiH2, or CaH2)

解吸 金属 氢化物 熔点 氢气储存 动力学 硼化物 化学 动能 化学动力学 热力学 材料科学 物理化学 无机化学 吸附 有机化学 物理 量子力学
作者
Jun Yang,Andrea Sudik,Chris Wolverton
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:111 (51): 19134-19140 被引量:255
标识
DOI:10.1021/jp076434z
摘要

We experimentally investigate several hydrogen storage reactions based on thermodynamic destabilization of LiBH4. The destabilized mixtures include nine M(H2)−LiBH4 compositions, where M(H2) = Al, Mg, Ti, Sc, V, Cr, MgH2, CaH2, or TiH2, which were selected on the basis of favorable thermodynamics predicted by recent first-principles computational study (Siegel, D. J.; Wolverton, C.; Ozoliņš, V. Phys. Rev. B: Condens. Matter, Mater. Phys. 2007, 76, 134102). For all compositions, our measurements reveal significant kinetic barriers for hydrogen release, evidenced by high desorption temperatures (>300 °C) and exceedingly slow hydrogen release rates. Characterization of the desorbed reaction phases indicate that less than half of the mixtures examined (M(H2) = MgH2, Mg, Al, and CaH2) follow the thermodynamically expected reaction pathway, resulting in the formation of metal boride products (MgB2, AlB2, and CaB6, respectively). Hydrogen release/uptake data for these compositions indicate that the MgH2−(LiBH4)2 and Al−(LiBH4)2 reactions are reversible (10.2 and 6.7 wt %, respectively) at increased desorption pressures of 5 and 3 bar H2, respectively, while CaH2−(LiBH4)6 is irreversible under the conditions tested. For the remaining compositions, M(H2) = Sc, V, Cr, Ti, and TiH2, we surmise that substantial limitations in kinetics inhibit the expected formation of metal boride products. Finally, we discuss how the relative physical properties, in particular the melting point of the reactants and products, correlate with desorption route and reversibility.
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