摘要
可持续发展一直是人类关注的重点问题，氢能以及太阳能、风能等二次能源的发展及应用受到人们的广泛关注。但这些能源的储存与运输一直限制其发展应用。金属氨基化合物-金属氢化物储氢体系是目前应用潜力最高的固体储氢材料之一，但其较差的动力学性能阻碍其实际应用。此外，金属氨基化合物还可作为固体电解质应用在目前安全系数更高的全固态电池中，解决二次能源的储存运输等问题。针对上述问题及应用前景，本文首先对金属氨基化合物K2Mn(NH2)4-8LiH的储氢性能及动力学性能进行了研究，其次对该材料中存在的新型钾离子固体离子导体材料KNH2进行了研究，主要内容如下： 通过金属K、Mn与氨气球磨合成K2Mn(NH2)4，测量K2Mn(NH2)4-8LiH的储氢性能，该体系在开放系统中可释放超过6.0wt%H2和NH3；在封闭系统中可逆储氢量高于3.0wt%（吸脱氢温度分别为300℃、375℃）。脱氢后的K2Mn(NH2)4-8LiH样品具有目前已发现的氨基化合物-氢化物储氢体系中最快的吸氢速率：约1wt%/min（230℃，50bar氢压）。使用原位SR-PXD技术探究了K2Mn(NH2)4-8LiH在吸脱氢过程中的具体变化过程，在吸脱氢循环过程中“unknown”的转变可能是快速吸氢的原因。 在复合氢化物储氢体系中吸脱氢的动力学增强可能是由于界面接触或传质的改善，研究发现在K2Mn(NH2)4-8LiH中，K-N-H材料参与了“unknown”的转变，推测K-N-H材料具有高的离子电导率。该类材料的离子导电性能的研究目前未见报道，通过测量K-N-H材料的离子传导率，发现了一种新型钾离子固体离子导体材料KNH2。 金属K与氨气直接合成的KNH2升温至40℃展示出离子传导的性能，电导率为9.84×10-7Scm-1，并在150℃时升为4.84×10-5Scm-1。KNH2的离子传导率及传导能力可通过机械球磨提高，最佳球磨条件（150转/分钟球磨10小时）处理后的KNH2（V150T10）室温下具有4.39×10-7Scm-1的离子电导率，在40℃及150℃下离子电导率分别为1.39×10-6Scm-1（提升140倍），3.56×10-4Scm-1（提升7倍）。研究KNH2中离子传导的机理，发现球磨主要通过影响KNH2晶格中缺陷数目及比例来提高离子传导率及离子传导能力。并使用CstC、CstV等技术证明KNH2中主要传导的离子为K+。 在此基础上，尝试球磨法将KNH2与其它阴离子材料复合，以提高其离子电导率。结果表明，复合KNH2材料的离子电导率均不如纯KNH2，推测原因为K+的传导路径被过多的阴离子阻塞。此外，也研究了多阳离子（碱金属离子）氨基化合物的离子电导率，碱金属氨基化合物（LiNH2，NaNH2，KNH2）的离子电导率均通过球磨有一定的提升，NaNH2-KNH2可在110℃具有3.67×10-2Scm-1高离子电导率（可能已熔化）。
NETL