第2章 储氢合金.pdf

第2章储氢合金 Hydrogen Storage Metal 主讲老师 ：严红革 背景介绍 氢能的重要性 化石能源的有限性与人类需求的无限性－石油、 煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭！ 化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾 难－温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！ 人类的出路何在？－新能源的研究势在必行！ 氢能－二十一世纪的绿色能源！ 氢能的开发是大势所趋。 氢能的优点 氢是自然界中最普遍的元素, 资源无穷无尽； 氢的热值高，燃烧产物是水，零排放、 无污染、可循环利用； 氢能可用于燃烧放热或电化学发电； 氢可以气态、液态、固体或化合物方式储运。 1974年开始的阳光计划是日本最早、长期、综合 的技术开发计划。开发氢能技术是该计划的一部分。 氢能清洁，而且是以近于无限的水为原料，可作为 未来的二次能源。阳光计划包括太阳能、地热能、 煤的气化与液化和氢能的四大能源。 发展氢能的关键技术 廉价而又高效的制氢技术； 安全高效的储氢技术－开发新型高效的储氢材料 和安全的储氢技术是当务之急； 车用氢气存储系统目标： IEA ：质量储氢容量5%; 3 体积容量50kg(H )/m ; 2 3 DOE ：6.5%, 62kg(H )/m 。 2 制氢技术 方法： 电解水法、分解氨法、石油及天然气分解法、 水的光解法。 传统电解水制氢法： 操作温度60 ～80℃, 能源效率约60% 。在制氢成本 中, 电费占很大比例。 电解水制氢法存在的问题：电能消耗大。 水的理论电解电压为1.23V, 但实际上由于氧和氢 的生成反应过程中的过电压、电解液电阻及其它电 阻，需要的电压为2.0 ～2.2V ，比理论值高很多。因 此，产生的能量损失使制氢成本升高。 为了能用电解水法制氢，需要大幅度提高电力效 率和电流密度。 先进的电解水制氢法：高温高压电解法 提高电解温度可以降低理论电解电压和因过 电压、电阻所引起的损失；适当提高电解槽压 力可使生成的氧气和氢气的气泡变小，避免因 气泡作用而减少电极的工作面积。必须解决隔 膜材料、电极材料和电解槽结构问题。 传统储氢技术存在的问题 以气体状态储存与运输需要大容量气罐和 钢瓶，对容器壁厚有一定要求，由于重量增 加，降低了氢气的输送与储存效率。用管道 输氢要考虑到在常温附近时氢的致脆性和泄 漏危险。成本很高。 以液体形式储存氢时，气体的液化要消耗 大最的能量和需要昂贵的设备投资。 固态储氢方法的优点 某些金属或合金与氢容易反应生成含氢量很高的 金属氢化物，在适当的温度下金属氢化物又能把氢 放出来。这一特性可以用于氢的储运。 用这种方法储氢，因金属和合金的不同，有的储 氢密度为标准状态下氢的1000倍左右，与液体氢相 同，或超过液体氢，使单位重量可利用的氢量大， 不用复杂容器就可长时间储存和可获得高纯度氢。 因此，这是一种经济、有效的储氢方法。最近，各 国都在对储氢合金和氢的储存与输送装置进行开发 研究。 固态储氢技术的研究方向 利用金属氢化物单位体积的氢密度大，可与液 体氢相比的特点，进行氢的储存、输送容器和氢燃 料汽车用燃料箱的开发研究。 利用反应过程中的焓变化，开发热能的化学储 存与输送技术。 利用热能转换为压力的机能，对使用低质热源 的热泵、动力转换和发电等技术进行开发研究。 利用金属与氢反应的选择性，开发氢的分离、 精制技术。 为进行热核反应堆实验，对用金属氢化物储 存与回收氚的技术进行研究。 对金属与氢反应的同位素效应应用于氢同位 素分离的技术进行开发研究。 利用金属与氢反应的可逆性，对以氢为燃料(