储氢材料在高能固体火箭推进剂中的应用

储氢材料在高能固体火箭推进剂中的应用

杨燕京;赵凤起;仪建华;罗阳

【摘要】系统介绍了金属氢化物、金属配位氢化物、金属氮氢化合物以及氨硼烷等储氢材料，在此基础上总结了储氢合金、轻金属氢化物和金属硼氢化合物在高能固体火箭推进剂领域的应用研究进展，指出上述储氢材料能够促进推进剂组分的分解，改善推进剂的燃烧性能并提高推进剂的能量性能；同时分析了各类储氢材料在高能固体推进剂中的应用前景和制约因素，提出金属氢化物和金属配位氢化物是可能应用于高能固体火箭推进剂的储氢材料；同时，需重点关注储氢材料对氧气和水的高敏感性以及与推进剂的相容性差等可能的制约因素。附参考文献37

篇。%The hydrogen-storage materials including the metal hydrides,metal complex hydrides,metal amides/imides and ammonia borane,were systematically introduced.Based on this,the research progress on the utilization of hydrogen-storage alloys,light metal hydrides and metal borohydrides in high-energy solid rocket propellants was summerized.It is pointed out that the above-metioned hydrogen-storage materials can promote the decomposition of components of propellants,improve its combustion properties and enhance its energy performances.Moreover,the prospects and limitations of applications of all kinds hydrogen-storage materials in high-energy solid rocket propellants were analyzed.It is proposed that metal hydrides and metal complex hydrides are promising candidates as additives in high-energy solid rocket propellant.Much attention should be paid to the possible limitations that hamper the utilization of hydrogen-storage materials in propellants,such as the high

sensitivity of hydrogen-storage materials to oxygen and moisture and their potentially poor compatibility with the present propellants,with 37 references.

【期刊名称】《火炸药学报》

【年(卷),期】2015(000)002

【总页数】7页(P8-14)

【关键词】固体推进剂;储氢材料;推进剂燃烧;金属氢化物;金属配位氢化物;金属氮氢化合物;氨硼烷

【作者】杨燕京;赵凤起;仪建华;罗阳

【作者单位】西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，陕西西安710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室，陕西西安 710065

【正文语种】中文

【中图分类】TJ55;V512

引言

对于固体推进剂而言，提高能量水平始终是其发展的核心方向，其中，降低燃烧室内燃气的平均分子质量是一种提高推进剂比冲的有效方法。将H2引入固体推进剂的燃烧过程中可显著降低燃气的平均分子质量；此外，H2的燃烧能放出大量的能量。因此，将H2储存在推进剂组分中，使其在发动机工作时释放出并参与推进剂的燃烧，可以有效提高固体推进剂的能量水平[1]。

现有储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢3大类[2]。其中，仅有固态储氢能够满足在固体推进剂中应用的要求。固态储氢技术指通过氢与固态材料之间的物理或化学作用，将氢储存在材料中的技术。根据氢与固态材料作用机理的不同，可以将固态储氢材料分为两类：物理吸附储氢材料和化学吸附储氢材料。物理吸附储氢材料，如碳纳米管、活性炭、金属有机框架化合物(MOFs)、自具微

孔聚合物(PIMs)和沸石类化合物等，基于非极性的氢分子与吸附剂之间的色散力

作用，其吸放氢工作需要在低温或常温高压下进行[3]。因此，此类储氢材料的放

氢反应条件限制了其在固体推进剂中的应用。化学吸附储氢材料是通过氢与物质之间的化学反应或作用来储氢[4]。化学吸附储氢材料所涉及的物质范畴较广，包括

金属氢化物、配位氢化物(铝氢化合物、硼氢化合物)、氮氢化合物、化学氢化物(氨硼烷以及相关的衍生物)等，它们的储氢特性主要由物质的物理化学性质以及吸放氢化学反应的热力学和动力学特征来决定。此类储氢材料具有储氢量大、性能可控等优点，在固体推进剂领域具有较好的应用前景。

本文从化学吸附储氢材料的分类出发，重点综述了不同化学吸附储氢材料在固体推进剂中的应用研究现状、发展方向以及应用前景。

1.1 储氢合金氢化物

储氢合金主要由过渡金属元素组成，氢与其反应生成间隙型氢化物。组成储氢合金的金属元素按照与氢反应的特征不同，可以分为两大类；第一类主要是ⅠA-VB族元素，它们与氢的反应为放热反应(ΔH<0)，能与氢形成稳定的氢化物，被称为放

热型金属(以符号A表示)，包括Ti、Zr、La、Mm(混合稀土)、Mg、Ca等；另一类主要是ⅥB-ⅧB族(Pd除外)过渡金属，它们与氢的亲和力较小，通常不形成氢

化物，但氢很容易在其晶格中迁移；此类金属与氢的反应为吸热反应(ΔH>0)，被

称为吸热型金属(以符号B表示)，包括Ni、Fe、Co、Mn、Cu和Al等。按照元

素A与B比例的不同，可以将储氢合金分为AB5型(稀土系)、AB2型(锆系)、AB