材料四要素关系及储氢合金.docVIP

储氢合金材料 一．材料的四要素： 材料四要素之间的关系： 材料的性质取决于其内部结构，只有改变了材料的内部结构才能达到改变和控制材料性能的目的，而材料的合成和加工工艺常常对材料的结构起决定性作用。 从材料的产生到进入使用过程，直至损耗，四大要素存在着逻辑上的因果顺序，即： 二．新型的功能性材料：储氢合金 储氢合金——一种新型合金，一定条件下能吸收氢气，一定条件能放出氢气。虽然可将氢气存贮于钢瓶中，但这种方法有一定危险，而且贮氢量小(15MPa，氢气重量尚不到钢瓶重量的1／100)，使用也不方便。液态氢比气态氢的密度高许多倍，固然少占容器空间，但是氢气的液化温度是-253℃，为了使氢保持液态，还必须有极好的绝热保护，绝热层的体积和重量往往与贮箱相当。大型运载火箭使用液氢作为燃料，液氧作为氧化剂，其存贮装置占去整个火箭一半以上的空间。自20世纪60年代中期发现LaNi5和FeTi等金属间化合物的可逆储氢作用以来，储氢合金及其应用研究得到迅速发展。储氢合金能以金属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的储氢方法。金属氢化物不仅具有储氢特性，而且具有将化学能与热能或机械能相互转化的机能，从而能利用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输送，有效利月各种废热形式的低质热源。因此．储氢合金的众多应用己受到人们的待别关注。 从材料科学与工程四要素来介绍该材料： 使用性能： 氢气储存量大、吸收与释放速度高； 2）离解温度(即氢与材料的化学结合破坏，从而还原成氢气并释放出来的温度)较低。 二：性质： 金属氢化物不仅具有储氢特性，而且具有将化学能与热能或机械能相互转化的机能，从而能利用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输送，有效利用各种废热形式的低质热源。 三合成与制备 1.（1）物理法储氢主要利用物理吸附和液化氢气。 （2）化学法储氢第一步可能是物理吸附也可能是化学吸附，第二步则是储氢材料和氢气生成氢化物，然后氢化物在一定条件下放出氢气以达到储氢目的。 2.氢溶于金属可以分为两类：一类是氢溶入时放热，另一类是氢溶入时吸热。放热反应的往往是氢和金属直接结合形成氢化物相。 四：组成与结构： 分类 目前储氢合金主要包括有钛系、锆系、铁系及稀土系储氢合金 2氢气分离、回收和净化材料。 　　化学工业、石油精制以及冶金工业生产中，通常有大量的含氢尾气排出，含氢量有些达到50～60%，而目前多是采用排空或者白白的燃烧处理。因此，对这部分加以回收利用，在经济上有巨大的意义。另外，集成电路、半导体器件、电子材料和光纤等产业中，需要超高纯氢体。利用储氢合金对氢原子有特殊的亲和力，而对其他气体杂质择优排斥的特性，即利用储氢合金具有只选择吸收氢和捕获不纯杂质的功能，不但可以回收废气中的氢，而且可以使氢纯度高于 99.9999%以上，价格便宜、安全，具有十分重要的社会效益和经济意义。 3.用于合成化学中催化加氢与脱氢 在合成化学中，储氢合金材料可用于加氢与脱氢反应的催化剂，反应条件温和，具有较高的催化活性。例如， TiFe及TiRu 合金在合成氨反应中的催化作用。相关实验表明TiFe 合金具有良好的催化活性，特别是在TiFe 合金中加入少量Ru可使TiFe 的活性提高5倍，活化能从62J/mol 降至38J/mol。 4制冷或采暖设备材料。 　　由于储氢合金具有在吸氢化学反应时放出大量热，而在放氢时吸收大量热的特性，因此，人们可以利用储氢合金的这种放热——吸热循环，可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备。美国和日本竞相采用储氢合金制成太阳能和废热利用的冷暖房，其原理就是利用储氢合金在吸氢时的放热反应和释放氢时的吸热反应。我国北京有色金属研究总院则利用储氢合金储放氢过程的吸放热循环效应，制造了一台可以制冷到77K的制冷机，该机器可用于工业、医疗等行业需要低温环境的场合。 5镍氢充电电池。 　　由于目前大量使用的镍镉电池（Ni－Cd）中的镉有毒，使废电池处理复杂，环境受到污染，因此它将逐渐被用储氢合金做成的镍氢充电电池（Ni－MH）所替代。从电池电量来讲，相同大小的镍氢充电电池电量比镍镉电池高约1.5～2倍，且无镉的污染，现已经广泛地用于移动通讯、笔记本计算机等各种小型便携式的电子设备。目前，更大容量的镍氢电池已经开始用于汽油/电动混合动力汽车上，利用镍氢电池可快速充放电过程，当汽车高速行驶时，发电机所发的电可储存在车载的镍氢电池中，当车低速行驶时，通常会比高速行驶状态消耗大量的汽油，因此为了节省汽油，此时可以利用车载的镍氢电池驱动电动机来代替内燃机工作，这样既保证了汽车正常行驶，又节省了大量的汽油，因此，混合动力车相对传统意义上的汽车具有更大的市场潜力，世界各国目前都在加紧这方面的研究。