储氢材料概况2.ppt

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1、 摘要摘要 综述了氢存储研究的重要性和国内外当前金属储综述了氢存储研究的重要性和国内外当前金属储 氢材料的研究状况氢材料的研究状况 对稀土系、对稀土系、LavesLaves相系、镁系和钛系相系、镁系和钛系4 4大系列及金大系列及金属配位氢化物系储氢材料当前的研究热点和存在问题进属配位氢化物系储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细的介绍行了详细的介绍 对未来金属储氢材料的研究工作进行了展望对未来金属储氢材料的研究工作进行了展望 由于传统化石能源由于传统化石能源的储备有限及其使用带的储备有限及其使用带来的环境问题越来越突来的环境问题越来越突出，人们急需寻找新的出，人们急需寻找新的替代能源。氢能

2、由于其替代能源。氢能由于其高效性高效性和和清洁性清洁性而备而备受重视。受重视。各国科学家竞相开各国科学家竞相开发与氢能相关的产品，发与氢能相关的产品，镍氢电池，氢燃料电池镍氢电池，氢燃料电池汽车等相关产品正从实汽车等相关产品正从实验室走向社会，氢能经验室走向社会，氢能经济即将到来。济即将到来。氢能具有很高的热值氢能具有很高的热值燃烧1 kg氢气可产生125x10 kJ的热量，相当于3Kg汽油或45kg 焦炭完全燃烧所产生的热量.氢是对环境友好，无污染，是绿氢是对环境友好，无污染，是绿色清洁能源色清洁能源 氢燃烧释能后的产物H20氢能的使用氢能的使用制备制备储存储存 氢气的储存是氢能使用的关键环

3、节。尤其在车载氢氢气的储存是氢能使用的关键环节。尤其在车载氢 能源的能源的 使用过程中，氢气的储存是至关重要的一步使用过程中，氢气的储存是至关重要的一步 储氢材料必须具备较大的质量密度和储氢体积。传统的储储氢材料必须具备较大的质量密度和储氢体积。传统的储氢方法有氢方法有高压储氢，液氢储氢，金属氢化物储氢等高压储氢，液氢储氢，金属氢化物储氢等 能量转化能量转化储氢材料的研究主要为储氢材料的研究主要为3 3大类：大类：金属储氢材料、金属储氢材料、多孔吸附储氢材料多孔吸附储氢材料有机液态储氢材料有机液态储氢材料衡量储氢材料性能的标准衡量储氢材料性能的标准1.1.体积密度体积密度(kg(kgm3)lm

4、3)l储氢质量分数储氢质量分数。体体积密度为系统单位体积内储存氢气的质量储积密度为系统单位体积内储存氢气的质量储氢质量分数为系统储存氢气的质量与系统质量氢质量分数为系统储存氢气的质量与系统质量的比值。的比值。2.充放氢的可逆性、充放气速率及可循充放氢的可逆性、充放气速率及可循环使用寿命环使用寿命等也是衡量储氢材料性能的重要等也是衡量储氢材料性能的重要参数参数 传统的氢气存储方式主要有传统的氢气存储方式主要有气态气态和和液态液态 气态气态储氢方式简单方便储氢方式简单方便,但气态储氢存在体积密度较小但气态储氢存在体积密度较小的缺点的缺点运输和使用过程中也存在易爆的安全隐患运输和使用过程中也存在易爆

5、的安全隐患 液态液态储氢方法的体积密度高但氢气的液化需要冷却储氢方法的体积密度高但氢气的液化需要冷却到到20 K20 K的超低温下才能实现的超低温下才能实现 金属储氢材料金属储氢材料1.1.合金氢化物材料，合金氢化物材料，2.2.金属配位氢化物材料金属配位氢化物材料趋于成熟和具备实用价值的金属氢化物储氢材料主要有 稀土系稀土系 Laves Laves相系相系 镁系镁系 钛系钛系 稀土系合金稀土系合金以以LaNiLaNi 5 5为代表的稀土系储氢合金，被认为代表的稀土系储氢合金，被认为是所有储氢合金中应用性能最好的一为是所有储氢合金中应用性能最好的一类类金属问化合物金属问化合物LaNiLaNi

6、5 5具有六方结构具有六方结构其中有许多间隙位置，可以固溶大量的氢其中有许多间隙位置，可以固溶大量的氢 LaNiLaNi 5 5晶胞是由晶胞是由3 3个十二面体，个十二面体，9 9个八面体，个八面体，6 6个六个六面体和面体和3636个四方四面体组成。其中个四方四面体组成。其中3 3个十二面体，个十二面体，9 9个八个八面体和面体和6 6个六面体的晶格间隙半径大于氢原子半径，可个六面体的晶格间隙半径大于氢原子半径，可以储存氢原子。而以储存氢原子。而3636个四方四面体间隙较小，不能储存个四方四面体间隙较小，不能储存氢原子。这样，一个晶胞内可以储存氢原子。这样，一个晶胞内可以储存1818个氢原子

7、个氢原子 ，最，最大储氢量为大储氢量为1 1379379（质量分数）（质量分数）缺点缺点：镧的镧的价格高，循环退化严重，易于粉化，密度大价格高，循环退化严重，易于粉化，密度大 。采用混合稀土采用混合稀土(La(La，CeCe，Sm)MsSm)Ms替代替代LaLa是降低是降低成本的有效途径，但成本的有效途径，但M i M i 的氢分解压升高，的氢分解压升高，滞后压差大给使用带来困难滞后压差大给使用带来困难 型型LavesLaves相系合金相系合金 型型LavesLaves相系合金材料是一类非常具有潜在研究价相系合金材料是一类非常具有潜在研究价值的储氢材料。已经发现的值的储氢材料。已经发现的A A

8、 型储氢材料有型储氢材料有3 3种晶相结种晶相结构：构：立方晶相立方晶相C15(MgZn2)C15(MgZn2)，六方晶相六方晶相C14(MgCuC14(MgCu：）：）和和双六方晶相双六方晶相C36(NiMg2)C36(NiMg2)。优点优点：同以同以LaNi5 LaNi5 为代表的稀土系储氢材料相比，为代表的稀土系储氢材料相比，LavesLaves相系合金材料相系合金材料具有较高的存储容量，更高的动力学效率，更长的使用寿命和相具有较高的存储容量，更高的动力学效率，更长的使用寿命和相对较低的成本等。对较低的成本等。缺点：缺点：此类材料的氢化物在室温时过于稳定不易脱氢此类材料的氢化物在室温时过

9、于稳定不易脱氢 。镁系储氢合金镁系储氢合金镁系储氢材料由于储氢量高镁系储氢材料由于储氢量高(镁的理论储氢量为镁的理论储氢量为7 76 6)、资源丰富以及成本低廉被公认为是最有前景、资源丰富以及成本低廉被公认为是最有前景的储氢材料之的储氢材料之一一 表面改性方法能大大改善储氢合金在充放电过程中的粉化和氧表面改性方法能大大改善储氢合金在充放电过程中的粉化和氧化问题，提高储氢合金的综合电化学性能化问题，提高储氢合金的综合电化学性能 SudaSuda等应用氟处理技术改善等应用氟处理技术改善MgMg基合金的表面特性在基合金的表面特性在4040下就下就可吸氢。近年来对价格低廉的镁储氢材料的研究取得了重大可

10、吸氢。近年来对价格低廉的镁储氢材料的研究取得了重大突破突破 Fe Fei iFeFei i储氢量为储氢量为1 18 8。FeTiFeTi合金储氢能力好，甚合金储氢能力好，甚至还略高于至还略高于LaNiLaNi优越性优越性:FeTiFeTi合金活化后，能可逆地吸放大量的氢且氢化物的分解合金活化后，能可逆地吸放大量的氢且氢化物的分解压强仅为几个大气压，很接近工业应用；压强仅为几个大气压，很接近工业应用；FeFe，TiTi元素在自然界中含量丰富，价格便宜，适合在工业中元素在自然界中含量丰富，价格便宜，适合在工业中大规模应用大规模应用 局限性：局限性：由于材料中有由于材料中有TiOTiO：层形成，使得

11、该材料极难活化，限制了：层形成，使得该材料极难活化，限制了其应用其应用改善改善FeTiFeTi合金活化性能最有效的途径是合金活化性能最有效的途径是合金化和纳米合金化和纳米化化在纯在纯ArAr气氛下，掺杂少量的气氛下，掺杂少量的NiNi；球磨；球磨202030 h30 h后制备的后制备的FeTiFeTi材料材料不需活化即可很容易地吸氢不需活化即可很容易地吸氢 研究还表明用研究还表明用机械压缩机械压缩和和酸酸、碱碱等化学试剂表面处理也能改善等化学试剂表面处理也能改善FeTiFeTi合金的活化性能合金的活化性能 但改善的同时要损失合金一部分但改善的同时要损失合金一部分其他储氢性能其他储氢性能 金属配

12、位氢化物金属配位氢化物 金属配位氢化物是由金属配位氢化物是由碱金属碱金属(如：如：LiLi，NaNa，K)K)或或碱碱土金属土金属(如：如：MgMg，Ca)Ca)与与第第AA元素元素(如：如：B B，A1)A1)或非或非金属元素形成金属元素形成 目前已发现的配位氢化物中，常温下氢质量分数最高的为LiBI-L(18LiBI-L(18)，这种物质在280 280 oCoC分解放出3 3个H H，变为LiHLiH和B B，加入SiOSiO 后后可在100 100 oCoC放出氢气。此外，NaBHNaBH 的氢含量也比较高为10107 7 Li3NLi3N的理论最大吸氢量可达的理论最大吸氢量可达1 1

13、1 15 5 结束语结束语 金属储氢材料，不仅是优良的储氢材料储氢材料，还是新型的功能材功能材料料，可用于电能、机械能、热能和化学能的转换转换和储存储存。具有广阔的应用前景。然而到目前为止，那些在室温下容易释放氢的金属氢化物，其可逆吸氢量不超过2，无法满足实际需求。同时由于成本、原料来源和性能缺陷等诸多原因的制约。使得这些材料的实际应用受到限制。从可持续发展的战略角度出发，新型的金属储氢材料应满足这样一些要求：原料来源广、成本低、制造工艺简单：密度小、氢含量高、能量密度大；可逆吸放氢速度快、效率高；循环使用寿命高等。国际能源协会(1EA)规定未来新型储氢材料的标准为：在低于373 K下吸氢容量

14、大于5。要达到这一标准，科研工作者尚需协同努力，做好金属储氢材料的研究工作参考文献参考文献 ReferencesReferences .Cal Xuezhang(蔡学章)Ti函 i，非晶粉和准晶粉的高压贮氢【J】Rare Metals Letters(稀有金属快报)，2003，22(11)：18-19 .Guo Shengwu(郭生武)，Zhang Yong(张勇)掺硅MINi5系稀土贮氢合金电化学性能【J1J0umaofthe chinese RareEarths Society(中国稀土学报)，2000，18(4)：325=328 .Zhao Shuang(赵爽)，Lin Qin(林勤)Sn对稀土系贮氢合金性能的影响 e 如eseJ0u仃laJofNonferrousMetals(中国有色金属学报)，2000，10(1)：7376 .Chen Yi(陈异)，Jiang Lijun(蒋利军)TiMn基Laves相贮氢合金的研究【J】Rafe Metals Letters(稀有金属快报)，2005，24(5)：2832 .Wu QuarI】【ing(吴全兴)镁系合金的贮氢性能J1RareMetals Letters(稀有金属快报)，2002，21(11)：1819