In Situ Introduction of Li3BO3 and NbH Leads to Superior Cyclic Stability and Kinetics of a LiBH4-Based Hydrogen Storage System

脱氢 氢气储存 材料科学 等温过程 动力学 催化作用 化学工程 原位 热力学 化学 冶金 有机化学 合金 工程类 物理 量子力学
作者
Zhenglong Li,Mingxia Gao,Jian Gu,Kaicheng Xian,Zhihao Yao,Congxiao Shang,Yongfeng Liu,Zhengxiao Guo,Hongge Pan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (1): 893-903 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acsami.9b19287
摘要

LiBH4 is a high-capacity hydrogen storage material; however, it suffers from high dehydrogenation temperature and poor reversibility. To tackle those issues, we introduce a new LiBH4-based system with in situ formed superfine and well-dispersed Li3BO3 and NbH as co-reactants. Those are synthesized by the addition of niobium ethoxide [Nb(OEt)5] to LiBH4, heat treatment of the mixture, and then hydrogenation, where Li3BO3 and NbH are generated from the reaction of Nb(OEt)5 and LiBH4. After optimization, the system with a normalized composition of LiBH4-0.04(Li3BO3 + NbH) in molar fraction shows superior hydrogen storage reversibility and kinetics. The initial and main dehydrogenation temperatures of the system are 200 and 90 °C lower than those of the pristine LiBH4, respectively, and 8.2 wt % H2 is released upon heating to 400 °C. A capacity of 7.2 wt % H2, corresponding to a capacity retention of 91%, is sustained after 30 cycles in an isothermal cyclic regime of dwelling at 400 °C for 60 min for dehydrogenation and dwelling at 500 °C and 50 bar H2 pressure for 20 min for hydrogenation. Such a high cyclic stability for a LiBH4-based system has never been reported to date. The in situ introduced Li3BO3 and NbH have a synergistic catalysis effect on the improvement of the hydrogen storage performance of LiBH4, showing highly effective bidirectional action on both dehydrogenation and hydrogenation.

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