2LiBH4-MgH2 System Catalytically Modified with a 2D TiNb2O7 Nanoflake for High-Capacity, Fast-Response, and Long-Life Hydrogen Energy Storage

脱氢 材料科学 氢气储存 双金属片 催化作用 氢化物 成核 化学工程 活化能 动力学 物理化学 金属 冶金 有机化学 合金 化学 工程类 物理 量子力学
作者
Zhenglong Li,Kaicheng Xian,Mingxia Gao,Shun Wang,Shanqing Qu,Meihong Wu,Jiantuo Gan,Yongmo Yang,Jia Li,Wenping Sun,Yongfeng Liu,Hongge Pan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c08705
摘要

To achieve large-scale hydrogen storage for growing high energy density and long-life demands in end application, the 2LiBH4-MgH2 (LMBH) reactive hydride system attracts huge interest owing to its high hydrogen capacity and thermodynamically favorable reversibility. The sluggish dehydrogenation kinetics and unsatisfactory cycle life, however, remain two challenges. Herein, a bimetallic titanium-niobium oxide with a two-dimensional nanoflake structure (2D TiNb2O7) is selected elaborately as an active precursor that in situ transforms into TiB2 and NbB2 with ultrafine size and good dispersion in the LMBH system as highly efficient catalysts, giving rise to excellent kinetic properties with long-term cycling stability. For the LMBH system added with 5 wt% 2D TiNb2O7, 9.8 wt% H2 can be released within 20 min at 400 °C, after which the system can be fully hydrogenated in less than 5 min at 350 °C and 10 MPa H2. Moreover, a dehydrogenation capacity of 9.4 wt% can be maintained after 50 cycles corresponding to a retention of 96%, being the highest reported to date. The positive roles of TiB2 and NbB2 for kinetics and recyclability are from their catalytic nucleation effects for MgB2, a main dehydrogenation phase of LMBH, thus reducing the apparent activation energy, suppressing the formation of thermostable Li2B12H12 byproducts, and inhibiting the hydride coarsening. This work develops an advanced LMBH system, bringing hope for high-capacity, fast-response, and long-life hydrogen energy storage.
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