專利名稱：用于儲(chǔ)存氫氣的儲(chǔ)存介質(zhì)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于儲(chǔ)存氫氣的儲(chǔ)存介質(zhì)和方法。
氫氣的儲(chǔ)存和分配可以以不同的方式實(shí)現(xiàn)。例如可以以壓縮的形式儲(chǔ)存在相應(yīng)的高壓儲(chǔ)存器中，它們能夠?qū)崿F(xiàn)直到875bar壓力的儲(chǔ)存。
此外已知將液化的、深冷的氫氣儲(chǔ)存在相應(yīng)的冷容器中，最好是超級(jí)隔熱的冷容器中。上述方法尤其在以氫氣驅(qū)動(dòng)的汽車中實(shí)現(xiàn)，而與它們是否通過改型的內(nèi)燃機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的燃料電池運(yùn)行無關(guān)。
儲(chǔ)存系統(tǒng)位于試驗(yàn)站中，在這些儲(chǔ)存系統(tǒng)中在可氫化的、能夠使氫化合的有機(jī)化合物上進(jìn)行氫氣的儲(chǔ)存。這種儲(chǔ)存系統(tǒng)以MPH(Methylcyclohexane Poluene Hydrogen)系統(tǒng)、Decailn/Naphthalin和系統(tǒng)n-Heptan/Toluol系統(tǒng)的名稱被公開。
上述系統(tǒng)的共同點(diǎn)是，氫通過這些系統(tǒng)在適合的條件下進(jìn)行反應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)氫氣的氫化和儲(chǔ)存。
所有上述可選擇的方案具有特殊的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此通常由對(duì)應(yīng)的使用條件和情況決定來確定一種可選擇的方案。后面提到的可選擇的方案主要缺陷是，所使用的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)具有相對(duì)高的蒸汽壓力，因此是揮發(fā)性的并因此以明顯的程度污染氫氣。因此，這種反應(yīng)系統(tǒng)必需部分地技術(shù)上和/或能量上耗費(fèi)地去除，尤其是為了達(dá)到高的氫氣純度。
專業(yè)人員不斷地致力于實(shí)現(xiàn)氫氣儲(chǔ)存可能性，它能夠儲(chǔ)存純或極純的氫氣，其中儲(chǔ)存要能夠以盡可能安全和經(jīng)濟(jì)的方式和方法實(shí)現(xiàn)。尤其是在運(yùn)行燃料電池時(shí)需要非常純的氫。但是在上述改型的內(nèi)燃機(jī)情況下，它們后面通常連接催化劑，也致力于使氫氣以(高)純形式儲(chǔ)存，因?yàn)榉駝t被氫氣攜帶的碳?xì)浠衔?可能)會(huì)對(duì)觸媒的活性和壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。尤其是在將氫氣用于所謂移動(dòng)應(yīng)用場合-驅(qū)動(dòng)汽車等時(shí)，首先考慮安全性；這一點(diǎn)尤其適用于加氫過程，因?yàn)樵撨^程通常由司機(jī)本人并因此由“技術(shù)外行”執(zhí)行。
為了解決上述問題，提出一種用于儲(chǔ)存氫氣的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征是，儲(chǔ)存介質(zhì)具有至少一種可氫化的離子化合物或者至少部分地由至少一種可氫化的離子化合物組成。
以類似方式，在按照本發(fā)明的用于儲(chǔ)存氫氣的方法中，氫氣的儲(chǔ)存在一種儲(chǔ)存介質(zhì)上進(jìn)行，該儲(chǔ)存介質(zhì)具有至少一種可氫化的離子化合物或者至少部分地由至少一種可氫化的離子化合物組成。
在此，所使用的離子化合物最好以液體和/或固體的形式存在。
下面將以液體形式存在的可氫化的離子化合物稱為離子液體。以類似方式將以固體形式存在的可氫化的離子化合物稱為離子固體。
因此，可氫化的離子化合物是離子液體或離子固體，它們具有使氫化合的能力。
離子液體是低熔點(diǎn)的有機(jī)鹽，具有100至-90℃之間的熔點(diǎn)，其中，大多數(shù)已知的離子液體在室溫時(shí)已經(jīng)以液體形式存在。與傳統(tǒng)的分子液體不同，離子液體是完全離子的并因此顯示出新的和不尋常的特性。離子液體通過陰離子和/或陽離子的結(jié)構(gòu)變化以及通過它們的組合的變化在其特性上可相對(duì)更好地適配于所遇到的技術(shù)問題。由此它們經(jīng)常也被稱為所謂的“設(shè)計(jì)師溶劑”。在常見的分子液體相反僅能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的變化。
與傳統(tǒng)的分子液體不同，離子液體還具有優(yōu)點(diǎn)，即它們沒有可測量的蒸發(fā)壓力。這意味著，只要不達(dá)到其分解溫度，它就不會(huì)自動(dòng)在高真空中以極少的痕跡蒸發(fā)。由此產(chǎn)生不可燃性和環(huán)境友好的特性，因?yàn)殡x子液體因此不可能進(jìn)入大氣。
如上所述，已知的離子液體的熔點(diǎn)按照定義處于100℃以下。所謂的液相線范圍通常為400℃或更高，所謂液相線范圍是熔點(diǎn)與熱分解之間的范圍。
此外離子液體具有高的熱穩(wěn)定性。其分解點(diǎn)通常位于400℃以上。對(duì)于離子液體，密度和與其它液體的混合特性可以通過選擇離子來影響或調(diào)節(jié)。離子液體還具有的優(yōu)點(diǎn)是，它們是導(dǎo)電的并由此可以防止充電，充電是潛在的危險(xiǎn)。
關(guān)于“離子固體”的概念在下面應(yīng)理解為前述離子液體意義上的鹽，它們具有至少100℃的熔點(diǎn)。此外在離子液體與離子固體之間在前述定義的意義上不存在原理上的化學(xué)的和物理的差別。
如果使按照本發(fā)明的儲(chǔ)存介質(zhì)在適合的條件(壓力、溫度、催化劑、氫加入到離子液體中等)下與氫反應(yīng)，則發(fā)生氫化，由此使氫存儲(chǔ)到或化合到按照本發(fā)明的儲(chǔ)存介質(zhì)上或儲(chǔ)存介質(zhì)中。
按照本發(fā)明的儲(chǔ)存介質(zhì)的卸載在釋放所儲(chǔ)存的氫的條件下實(shí)現(xiàn)。
為了減少用于逆反應(yīng)、即從按照本發(fā)明的儲(chǔ)存介質(zhì)中輸出氫的能耗，按照本發(fā)明的有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，該儲(chǔ)存介質(zhì)具有至少一個(gè)共軛的、優(yōu)選芳香族的Pi電子系統(tǒng)。這個(gè)Pi電子系統(tǒng)可以位于陽離子部分中、陰離子部分中或者上述兩個(gè)部分中；此外也可以將多個(gè)相互處于諧振中的或者分開的Pi電子系統(tǒng)統(tǒng)一在一個(gè)分子中。在熱動(dòng)力學(xué)意義上，脫氫形式的Pi電子系統(tǒng)的進(jìn)一步穩(wěn)定化或者氫化形式的非穩(wěn)定化通過用適合的替代物衍生達(dá)到。在此，通過感應(yīng)、中介和/或場效應(yīng)實(shí)現(xiàn)替代物與Pi電子系統(tǒng)的相互作用。
相關(guān)的陽離子(Q+)n是四級(jí)的銨陽離子(R1R2R3R4N+)、磷陽離子(R1R2R3R4P+)和/或硫陽離子(R1R2R3S+)和/或類似的四級(jí)的氮基雜環(huán)芳香物、磷基雜環(huán)芳香物或硫基雜環(huán)芳香物，其中，上述殘留物R1，R2，R3和R4可以是相同的、部分相同的或不同的。所述殘留物可以是直線的、環(huán)狀的、分支的、飽和的和/或不飽和的烷基殘留物、單環(huán)或聚環(huán)芳香的或雜環(huán)芳香的殘留物和/或這些殘留物的通過其它功能基團(tuán)替代的衍生物，其中，R1，R2，R3和R4也可以相互化合。
作為陰離子可以使用所有已知的有機(jī)的以及無機(jī)的陰離子。按照本發(fā)明儲(chǔ)存介質(zhì)的有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，使用可氫化的陰離子。
用于儲(chǔ)存氫的本發(fā)明儲(chǔ)存介質(zhì)以及本發(fā)明方法提供了一種用于氫儲(chǔ)存可能性，它與現(xiàn)有技術(shù)相比具有高的環(huán)境相處性和明顯的安全性優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.用于儲(chǔ)存氫的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述儲(chǔ)存介質(zhì)具有至少一種可氫化的離子化合物或者至少部分地由至少一種可氫化的離子化合物組成。
2.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述離子化合物以液體和/或固體形式存在。
3.如權(quán)利要求1或2所述的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述儲(chǔ)存介質(zhì)在加載的和/或非加載的狀態(tài)下在其分解溫度以下沒有可測量的蒸發(fā)壓力。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述儲(chǔ)存介質(zhì)具有至少0.01mS/cm的導(dǎo)電能力。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述可氫化的離子化合物由至少一種有機(jī)鹽和/或至少一種有機(jī)鹽混合物構(gòu)成，該有機(jī)鹽混合物由有機(jī)陽離子和有機(jī)和/或無機(jī)的陰離子組成。
6.如權(quán)利要求5所述的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述陽離子是四級(jí)的銨陽離子(R1R2R3R4N+)、磷陽離子(R1R2R3R4P+)和/或硫陽離子(R1R2R3S+)和/或類似的四級(jí)的氮基雜環(huán)芳香物、磷基雜環(huán)芳香物或硫基雜環(huán)芳香物，其中，所述殘留物R1，R2，R3和R4是相同的、部分相同的或不同的。
7.如權(quán)利要求6所述的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述殘留物R1，R2，R3和R4是直線的、環(huán)狀的、分支的、飽和的和/或不飽和的烷基殘留物、單環(huán)或聚環(huán)芳香的和/或雜環(huán)芳香的殘留物和/或這些殘留物的通過其它功能基團(tuán)替代的衍生物和/或這些殘留物R1，R2，R3和R4相互化合。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述陰離子是可氫化的陰離子。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述可氫化的離子化合物能夠?qū)崿F(xiàn)氫的物理結(jié)合。
10.用于儲(chǔ)存氫的方法，其特征在于，在一種儲(chǔ)存介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存，該儲(chǔ)存介質(zhì)具有至少一種可氫化的離子化合物或者至少部分地由至少一種可氫化的離子化合物組成。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述離子化合物以液體和/或固體形式存在。
12.如權(quán)利要求10或11所述的儲(chǔ)存介質(zhì)，其特征在于，所述儲(chǔ)存介質(zhì)在加載的和/或非加載的狀態(tài)下在其分解溫度以下沒有可測量的蒸發(fā)壓力。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述儲(chǔ)存介質(zhì)具有至少0.01mS/cm的導(dǎo)電能力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于儲(chǔ)存氫的儲(chǔ)存介質(zhì)和方法。按照本發(fā)明，該儲(chǔ)存介質(zhì)具有至少一種可氫化的離子化合物或者至少部分地由至少一種可氫化的離子化合物組成。該離子化合物優(yōu)選以液體和/或固體形式存在。
文檔編號(hào)C01B3/00GK101031502SQ200580033009
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月1日
發(fā)明者羅伯特·阿德勒, 羅蘭·卡爾布, 沃爾夫?qū)ろf斯納 申請(qǐng)人:林德股份公司