陶瓷/铝粉末压片复合材料水解产氢行为的研究

低成本的制氢技术是目前制约燃料电池产业快速发展的一个瓶颈。铝资源丰富，金属铝与水反应来制取氢气具有成本低、产物可再生利用等优点而受到了较大的关注。由于金属铝比较活泼，表面通常覆有一层致密的氧化膜，使金属铝无法在常温，中性水条件下水解反应产生氢气，因此如何通过复合材料技术使铝保持水解活性是利用该技术来制取氢气的一个重要问题。本课题以陶瓷/铝粉末压片复合材料为研究对象,拟通过添加陶瓷粉末如Al2O3，C，TiO2或SiO2等来使铝保持水解活性及实现在常温中性水条件下连续产氢。利用XRD，TEM，SEM，XPS等结构分析手段以及CV，EIS等电化学表征手段，研究陶瓷粉末添加剂在铝水解产氢过程中的作用机理，以及对陶瓷/铝粉末压片复合材料持续产氢行为的影响，并在此基础上提出陶瓷/铝粉末压片复合材料的水解反应模型，以期对将来开发实用化金属铝/水反应制氢体系提供理论支撑。

利用金属铝尤其是废弃铝与水反应来制取氢气是一项有前景的低成本制氢技术。由于金属铝比较活泼，表面通常覆有一层致密的氧化膜，使金属铝无法在常温，中性水条件下水解反应产生氢气，因此如何通过复合材料技术使铝保持水解活性是利用该技术来制取氢气的一个重要问题。本课题主要通过添加金属Li，汞齐，石墨，Al2O3和TiO2来制备铝基复合材料，系统研究了添加剂种类，制备工艺如球磨时间，热处理条件，原材料颗粒度等对Al基复合材料产氢速率和产氢量的影响；考察了产氢条件如温度，固/液比等因素对Al水解性能的影响，解析了相应的水解反应机理。研究结果发现添加少量Li能显著提高铝合金水解产氢量和产氢速率。铝表面覆盖上汞齐后，能提高Al的水解反应活性；金属Al粉中添加一定量的石墨形成核-壳结构，能显著提高Al的反应活性；Al颗粒表面包裹gamma- Al2O3层可显著提高Al粉末在空气中的抗氧化性能；研究结果还发现适当的热处理能把原先覆盖在Al表面的致密氧化层转化为疏松的gamma- Al2O3，从而提高Al的水解活性。在此研究的基础上提出了铝水解产氢模型。