用于储氢的离子液体的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是名为"使用离子液体储氢的方法"、申请日为2010年1月8日、申请号为 201080004617. 0的中国发明专利申请的分案申请。申请201080004617. 0是根据专利合作 条约提交的国际申请PCT/EP2010/000062进入中国国家阶段的国家申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种用于储氢的离子液体的使用方法。
[0003] 进一步，本发明涉及一种用于储氢的离子液体。
【背景技术】
[0004] 氢的储存与运输可以不同方式实现。例如，氢可以压缩形式存储在适当的高压罐 中，所述高压罐允许以高达875巴的压力储存。另外已知将液化的低温氢储存在适当的低 温容器，优选在超绝热低温容器中。前述可能性具体地用氢动力交通工具来实施，而不论它 们是借助于改良的内燃机还是借助于驱动电动马达的燃料电池来提供动力。
[0005] 储存体系处于实验阶段，其中氢的储存发生在能够氢化的有机化合物中，所述有 机化合物能与氢化学结合。这样的储存体系称为：MPH(甲基环己烷甲苯氢）、十氢萘/萘以 及正庚烷/甲苯体系。
[0006]前文提及的体系的共同点是，氢在适当条件下被带至与这些体系反应，从而导致 氢化和氢的储存。
[0007] 所有前文提及的替代方法具有特定的优势和缺点，从而是否采用一个替代方法通 常由特定的应用和环境来决定。直到现在，前文所述替代方法的根本缺点在于，所用的化学 反应体系具有相对高的蒸汽压，并由此是挥发性的并且使氢污染至相当大的程度。
[0008] 因此，尤其为了达到氢的高纯度，必须去除这样的反应体系，通常要付出技术和/ 或能量方面的巨大代价。
[0009] 本领域技术人员一直在努力创造一种针对氢的储存可能，其允许储存纯的或绝对 纯形式的氢，其中存储应可以尽可能最安全且最经济的方式进行。氢需要为非常纯的形式， 尤其是在燃料电池的操作中。同样在提到的改良的内燃机（其通常具有下游催化转化器） 的情况中，（超）纯形式的氢的储存是努力的目的，这是因为否则的话，与氢一起夹带的烃 (可能）对催化转化器的活性和寿命有负面影响。尤其是氢在所谓的移动应用（交通工具 的操作等）中，安全问题是首要的；这尤其适用于加燃料过程，加燃料过程通常由驾驶员自 己执行，并因此是由"技术外行"执行的。
[0010] 由此，可能存在着对于可以是高效和/或安全的替代性储氢方法的需要。
【发明内容】
[0011] 本发明的一个目标是提供用于储氢的方法，以及用于储氢的介质，所述方法可以 是高效的，和/或可以提供安全的操作方法。
[0012] 该目标可以通过独立权利要求所述用于储氢的离子液体的使用方法以及用于储 氢的离子液体来解决。另外的示例性实施方案在从属权利要求中描述。
[0013]根据本发明的示例性方面，提供一种储氢方法，其中所述方法包括通过将硼氢化 物导入包括阳离子和阴离子的第二离子液体来形成第一离子液体，所述阴离子包括硼酸 根，尤其是偏硼酸根；以及通过使用水和/或催化剂将所述氢释放出所述第一离子液体来 形成所述第二离子液体。即，可以形成回路过程或循环过程，其中离子液体被用于例如以硼 氢化物的形式储存氢，其中所述离子液体（或更具体为所述离子液体的阴离子）从第一种 (例如硼氢化物）变成第二种（例如偏硼酸根或硼酸根或聚硼酸根）。这样的过程中，所述 氢可以离子液体中特定阴离子的形式（例如硼氢化物）被储存，并然后被释放，藉此形成第 二阴离子，例如偏硼酸根或硼酸根或聚硼酸根，得到第二离子液体，所述第二离子液体可以 然后再次荷载以氢。特别地，所述硼氢化物可以是硼氢化钠（NaBH4)。特别地，在引入催化 剂之前，硼氢化物离子液体与水的流体可以被转化成乳液。由此，可以增加相界面的表面。 特别地，所述乳液可以无需乳化剂而生成，例如通过旋转所述流体，或者通过使所述流体向 折转板或挡板流动。省去乳化剂可以简化随后硼氢化物的再循环。
[0014]特别地，所述硼氢化物可以形成所述第一离子液体中的阴离子。所述第一和/或 所述第二离子液体可以是纯的离子液体，即，基本上仅含有阴离子和阳离子而不含有其他 组分（例如水）的液体。或者，例如，为了降低粘度，可以使用含有离子液体和溶剂或者另 外的化合物的溶液。为了清楚的原因，应提到，所述离子液体当然可以包括多种阳离子和阴 离子。所述离子液体可以是具有相对低的熔点（例如低于100°c的熔点）的有机盐。即，材 料尽管在室温是固体，或者在室温具有至少高粘度，所述材料也可以被指定为离子液体。
[0015] 特别地，所述阳离子可以是疏水性阳离子，该术语可以具体地指代在0°C至60°C 的温度范围中，更具体地在〇 °C至80 °C的范围中，以及优选在0 °C和100 °C之间的范围中，与 水具有强互溶间隙的离子液体。
[0016] 根据本发明的示例性方面，提供一种用于储氢的离子液体，其中离子液体包含阳 离子和硼氢化物。特别地，所述硼氢化物可以是离子液体中的阴离子的一部分，或者可以形 成离子液体中的阴离子。阳离子可以包括四元材料，或者可以由四元材料组成，所述四元材 料例如三辛基甲基铵或1-辛基-3-甲基-咪唑儒:。此外，所述离子液体可以具有预定的 粘度值。特别地，所述粘度值可以例如根据期望的水平（例如在室温低于100毫帕和/或 在-20°C低于2000毫帕）来设定。
[0017] 根据本发明的示例性方面，提供一种用于储氢的离子液体，其中所述离子液体包 含阳离子和阴离子，所述阴离子包括硼酸根，尤其是偏硼酸根。所述硼酸根可以包含或由 以下组成：B、0,以及一些情况中H原子，并且可以由偏硼酸根或聚硼酸根形成。特别地，所 述硼酸根或偏硼酸根可以是离子液体中阴离子的一部分，或者可以形成离子液体中的阴离 子。阳离子可以包括四元材料或由四元材料组成，四元材料例如三辛基甲基铵。此外，离子 液体可以具有预定的粘度值。特别地，粘度值可以例如根据期望的水平来设定。
[0018] 本申请中，术语"硼氢化物"可以最宽泛的可能方式使用，S卩，可以具体地指代包括 硼和至少一个氢原子的任何分子、化合物、基团或复合物。即，可以被写成通式BHR'R"R"' 或BH3X或B2H6X的每个化合物均可以被称为硼氢化物，其中X是与硼或二硼形成复合物的 任何阴离子。例如，R'、R"、R"'可以是氢原子、C1-C20的烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、 芳基或杂芳基，其中每个其余的R可以独立地被上述的基团的一个取代。
[0019] 通过提供硼氢化物离子液体（例如第一离子液体），有可能提供一种储氢方法，以 及用于储氢的离子液体，所述方法可以是高效的和/或可以提供安全的操作方法。特别地， 所述硼氢化物可以与阳离子一起形成使得能够容易且安全操作的离子液体，所述离子液体 可以被用作（例如用于汽车的）能源或能量载体。特别地，由于所述离子液体也可以是像 常用的汽油一样的液体，所述操作可以类似于常用的汽油。由此，可以不需要仅可以在特 定条件下形成的加压的氢或者像金属氢化物之类的额外载体。因此，由于可以不需要特定 条件，或者至少可以减少严格考虑的特定条件（例如温度范围），离子液体的使用可以更安 全。应注意，所述离子液体的粘度可以通过充分的措施（例如通过提高温度）来减小。这 样的离子液体用于氢储存的应用还可以提供储存介质，所述储存介质可能在用于储存所述 离子液体的容器等中诱发的腐蚀很低。由此，有可能省去腐蚀抑制剂。
[0020] 其次，描述了用于储氢的离子液体的方法的示例性实施方案的另外方面。然而，这 些实施方案也适用于包括硼酸根或硼氢化物的用于储氢的离子液体。
[0021] 根据所述方法的示例性实施方案，所述阳离子是季阳离子或质子化阳离子。
[0022] 根据所述方法的示例性实施方案，所述阳离子包括由以下组成的组中的一到四个 基团：氢、C1-C20-烷基、C1-C20-烯基、C1-C20-炔基、C1-C20-环烷基、C1-C20-环烯基、 C1-C20-芳基，以及C1-C20-杂芳基。
[0023] 优选地，所述一到四个（即，一个、两个、三个或四个基团）可以选自由以下组成 的组：氢、C1-C10-烷基、C1-C10-烯基、C1-C10-炔基、C1-C10-环烷基、C1-C10-环烯基、 C1-C10-芳基，以及C1-C10-杂芳基。更优选地，所述一到四个基团可以选自由以下组成的 组：氢、C1-C8烷基、C1-C8烯基、C1-C8炔基、C1-C8-环烷基、C1-C8-环烯基、C1-C8-芳基， 以及C1-C8-杂芳基。
[0024] 为了清楚的原因，应提及，该申请中术语C1-C20-烷基或类似术语是C1-烷基、 C2-烷基、……、直到C2