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储氢材料的研究与发展 报告人：吴丽娟 学 号: S201109027 日 期：2012年4月10日 Hydrogen Storage Materials Hydrogen Storage Materials 一 研究背景 氢——二十一世纪的绿色能源 优点： 自然界最普遍的元素; 清洁能源; 燃烧性能好，易点燃; 发热值高(142MJ/kg); 导热性好; 用途广泛; Hydrogen Storage Materials 氢的储存方法 气态储氢： 能量密度低 不太安全 液化储氢： 能耗高 对储罐绝热性能要求高 固态储氢的优势：（金属或合金储氢） 体积储氢容量高 无需高压及隔热容器 安全性好，无爆炸危险 可得到高纯氢，提高氢的附加值 开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术 Hydrogen Storage Materials 几种贮氢方法比较 Hydrogen Storage Materials 二 储氢材料技术现状 Abs. Des. 金属合金材料 物理吸附材料 复合化学氢化合物材料 液态有机储氢材料 Hydrogen Storage Materials 金属氢化物储氢特点 反应可逆 氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠 较高的储氢体积密度 Hydrogen on Tetrahedral Sites Hydrogen on Octahedral Sites M + x/2H2 MHx + ?H Abs. Des. Hydrogen Storage Materials 稀土镧镍系储氢合金 典型代表：LaNi5 ,荷兰Philips实验室首先研制 特点： 活化容易 平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小 抗杂质气体中毒性能好 适合室温操作 经元素部分取代后的MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土，主要成分La、Ce、Pr、Nd)广泛用于镍/氢电池 Hydrogen Storage Materials 钛铁系储氢合金 典型代表：TiFe，美Brookhaven国家实验室首先发明 价格低 室温下可逆储放氢 易被氧化 活化困难 抗杂质气体中毒能力差 实际使用时需对合金进行表面改性处理 Hydrogen Storage Materials 钛和铁可形成TiFe和TiFe2二种稳定的金属间化合物。TiFe2基本上不与氢反应，TiFe可在室温与氢反应生成TiFeH1.04和TiFeH1.95两种氢化物。其中TiFeH1.04为四方结构，TiFeH1.95为立方结构。其贮氢量比LaNi5大，为自重的1.75%。 为改善TiFe合金的储氢特性，可用过渡金属Co，Cr，Cu，Mn，Mo，Ni，Nb，V等置换部分铁形成多元合金以实现常温活化。过渡金属的加入，使合金活化性能得到改善，氢化物稳定性增加。 Hydrogen Storage Materials 镁系储氢材料 典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验室首先报道 储氢容量高 资源丰富 价格低廉 放氢温度高（250－300℃ ） 放氢动力学性能较差 改进方法：机械合金化－加TiFe和CaCu5球磨，或复合 Hydrogen Storage Materials 物理吸附类材料 碳基材料(石墨、活性炭、碳纳米管)及其衍生物(如石墨插层化合物KC24、CsC24等） 无机多孔材料(如沸石分子筛)和金属有机骨架化合物等 范德华力 优点：储氢方式简单、吸放氢容易 缺点：大多只能在–196℃左右有足够的储氢密度，在常温常压下其吸氢量很低，因而用途有限。 Hydrogen Storage Materials 纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河 1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs 单壁纳米碳管束TEM照片 多壁纳米碳管TEM照片 Hydrogen Storage Materials 非晶态合金储氢 非晶态合金比同组分的晶态合金在相同温度和氢压下有更大的贮氢量，如TiCu非晶态比晶态贮氢量大1/3。 非晶态贮氢合金具有较高耐蚀性、耐磨性，可多次使用而不破碎，但吸氢放热时易使其晶化。 Hydrogen Storage Materials 目前，美国、西德、日本在氢能和储氢金属利用方面已接近实用化。1979~1983年西德奔驰汽车公司氢做燃料在西柏林和斯图加特进行了小型客车和货车的行车实验。据报道，只要带上储氢量为5kg的280kgTiFe合金氢化物就能行驶110km。 1980年，我国研制成功了第一辆氢汽车。 1985年10月，苏联也在莫斯科利用钛、铁、矾合金氢化物进行了氢汽油混合燃料