2016功能材料概论（哈大版）教案：第九章 储氢材料和磁性材料05 .docVIP

第九章 储氢材料和磁性材料05 1第九章 储氢材料和磁性材料第一节 储氢材料第二节 磁性材料2第一节 储氢材料氢能源 系统是作为一种 储量丰富、无公害的能源替代品 而倍受重视。如果 以海水制氢 作为燃料，从原理上讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极为有利；3如果进一步 用太阳能以海水制氢,则可实现 无公害能源系统 。此外，氢还可以作为 贮存其他能源的媒体,通过 利用过剩电力 进行 电解制氢,实现能源贮存。4在以氢作为 能源媒体的 氢能体系中，氢的贮存与运输 是实际应用中的关键。贮氢材料就是作为 氢的贮存与运输媒体 而成为当前材料研究的一个热点项目。5贮氢材料 (Hydrogen storagematerials)是 在通常条件下 能可逆地大量吸收和放出氢气 的 特种金属材料 。6贮氢材料的作用 相当于 贮氢容器 。贮氢材料 在室温和常压条件下 能迅速吸氢 (H2)并反应生成 氢化物,使氢以 金属氢化物的形式 贮存起来，在需要的时候，适当 加温或减小压力 使这些贮存着的氢释放出来以供使用。7贮氢材料中,氢密度 极高，下表列出几种金属氢化物中 氢贮量 及其他氢形态中 氢密度值 。8(1)相对氢气瓶重量从表中可知，金属氢化物的 氢密度 与液态氢、固态氢的相当，约是氢气的 1000倍。9另外，一般 贮氢材料 中,氢分解压较低,所以 用金属氢化物贮氢时 并不必用 101.3MPa(1000atm)的 耐压钢瓶 。10可见，利用 金属氢化物 贮存氢 从 容积来看 是极为有利的。但 从 氢所占的质量分数 来看,仍比液态氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难，尤其体现在对汽车工业的应用上。11当今 汽车工业 给 环境 带来恶劣的影响，因此汽车工业一直期望 用以氢为能源 的 燃料电池驱动的 环境友好型汽车来替代。12对于 以氢为能源 的 燃料电池驱动 汽车来说，不仅要求 贮氢系统的 氢密度高,而且要求 氢所占贮氢系统 的 质量分数要高 (估算须达到 ?(H) =6.5％ ),当前的 金属氢化物 贮氢技术还不能满足此要求。因此,高容量贮氢系统 是 贮氢材料研究中 长期探求的目标。13贮氢材料 的 发现和应用研究 始于 20世纪 60年代,1960年发现镁 (Mg)能形成MgH2,其 吸氢量 高达 ?(H)＝ 7.6％,但 反应速度慢 。141964年，研制出 Mg2Ni,其吸氢量为?(H)=3.6％,能 在室温下 吸氢 和 放氢, 250℃ 时放氢压力约 0.1MPa,成为最早 具有应用价值 的贮氢材料。15同年在研究 稀土化合物 时发现了LaNi5具有优异的吸氢特性 ;1974年又发现了 TiFe贮氢材料。LaNi5和 TiFe是目前 性能最好 的贮氢材料。16（一）贮 氢 原 理1、金属与氢气生成 金属氢化物 的反应2、金属氢化物的 能量贮存, 转换3、金属氢化物的 相平衡 和 热力学17金属和氢的化合物统称为 金属氢化物 。元素周期表中 所有金属元素的氢化物 在 20世纪 60年代以前就已被探明，并被汇总于专著中。1、金属与氢气生成金属氢化物的反应18元素周期表中 IA族元素 (碱金属 )和 IIA族元素 (碱土金属 )分别与氢形成 MH,MH2化学比例成分的 金属氢化物 。19金属氢化物 是 白色或接近白色 的粉末，是 稳定的化合物 。这些化合物称为 盐状氢化物 或 离子键型氢化物,氢以 H-离子 状态存在。20从 IB族 到 IVB族 的 金属氢化物,因是 共价键性很强 的化合物，称为 共价键型氢化物,例如,SiH4,CuH,AsH3等。这些化合物多数是 低沸点的挥发性化合物,不能作贮氢材料用。21从 IIIA族到 VIII族 的 金属氢化物,称为金属键型氢化物,它们是 黑色粉末 。其中,IIIA族,IVA族 元素形成的氢化物 比较稳定 (生成焓为负、数值大，平衡分解氢压低 )，如 LaH3,TiH2氢化物。22VA族 元素 也和气体氢 直接发生反应，生成 VH2,NbH2氢化物。在 1atm下，这些氢化物的温度 在常温附近,它们能够是 在常温下 贮藏释放氢的材料。VIA族 到 VIII族 的金属中，除 Pd外,都不形成稳定的氢化物,氢 以 H+形成固溶体。23各种 金属与氢反应 性质的不同 可以从 氢的溶解热数据 中反映出来。下表是氢 在各种金属中的 溶解热 ?H数据。24氢在各种金属中的溶解热 ?H(kcal/mol)25可见 IA-IVA族 金属的 氢的溶解热 是 负(放热 )的很大的值,