第四章 储氢材料教材课程.ppt

第四章 贮氢材料;　 随着传统能源石油、煤的日渐枯竭，且石油、煤燃烧产物CO2和SO2又分别产生温室效应和酸雨，使人类面临能源和环境危机的双重挑战，寻找新的洁净能源已列入人们的议事日程。 氢是一种洁净能源，其燃烧值为1.43x108j/kg（煤3×107J/kg 、煤气4.2×107J/Kg），氢能源系统作为一种储量丰富、无公害的能源替代品而倍受重视。 ;;4.1 氢能开发;3. 在合成氨工业中氢气是重要的合成原料之一。 4. 作为一种高能燃料，用于航天飞机、火箭等航天 行业及城市公共汽车中。目前, 我国已经开发出以 压缩氢为燃料的城市公共汽车（清华大学）。 5. 氢被广泛的用于燃料电池中作为燃料。(储能高,无污染)。; 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。; ???氢材料：在室温和常压条件下能迅速吸氢(H2)或反应生成氢化物，使氢以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的材料。;4.2 贮氢方法; 2 高压储氢;3 有机化合物储氢; 一般反应前，先对H2进行加热处理，降至反应温度。甲苯通过鼓泡方式与H2混合进入反应器中反应。反应过程需要催化剂。;４. 碳质材料储氢;但从已有的应用研究证明，各种分子筛和超级活性炭均达不到美国能源部要求（60kg/m3），近年来人们把研究重点放在碳纳米管方面。 现在人们对碳纳米管的研究还处于初级阶段，至今不能完全了解纳米孔中发生的特殊物理化学过程，即氢气吸附机理和储氢行为，还无法准确测得纳米管的密度，即应在储氢机理、化学改性和结构控制方面进行深入研究。; ;;５.金属化合物储氢;储氢合金中，氢密度极高。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。 另外，一般储氢合金中，氢分解压较低，所以用金属氢化物贮氢时并不必用耐压钢瓶。 ;4.3 储氢合金的热力学原理;（2） 固溶体进一步与氢反应生成氢化物（β相） ;储氢合金吸收和释放氢的过程，最方便的表示方法是压力—组成—等温（PCT）曲线。;O一A: 为吸氢过程的第一步，金属吸氢，形成含氢固溶体； A一B: 为吸氢过程的第二步，形成金属氢化物； B点以后:为第三步，氢溶入氢化物形成固溶体，氢压增加。;金属与氢的反应是一个可逆过程。 正向反应吸氢、放热，逆向反应释氢、吸热。 改变温度和压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的稀释氢功能。; PCT曲线的基本特征 PCT曲线是储氢材料的重要特征曲线，它可反映出储氢合金在工程应用中的许多重要特性，;（2）可以看出，金属氢化物在吸氢与释氢时，虽在同一温 度，但压力不同，这种现象称为滞后。作为贮氢材料， 滞后越小越好。;26;改变温度和压力的条件,使反应正向或逆向进行即可实现吸氢或放氢;恒定温度：通过改变压力实现吸氢或放氢。将金属至于T1温度，高于P1压力，金属会与氢反应生成氢化物，即金属吸氢；低于P1的气氛中，氢化物发生分解释放出氢气。;恒定压力：通过改变温度也可实现吸氢或放氢。压力为P2时， 当温度高于T2时，（如 T3 ）氢化物发生分解释放出氢气, 将温度降到T2温度以下（如 T1 ） ，金属与氢反应生成氢化物。;储氢合金中氢的位置;　总之，金属(合金)氢化物能否作为能量贮存、转换材料取决于氢在金属(合金)中吸收和释放的可逆反应是否可行。 氢在金属合金中的吸收和释放又取决于金属合金和氢的相平衡关系。影响相平衡的因素为温度、压力和组成成分。　;4.4 储氢合金材料的种类;1 稀土镧镍系储氢合金;PCT LaNi5;2 钛铁系;PCT TiFe;镁系;钛/锆系;　　金属氢化物贮氢材料的应用领域很多，而且还在不断发展之中，下面介绍贮氢材料应用的几个主要方面。; 用于高贮氢量的贮氢材料，从工艺上降低成本，减轻重量，这种高容量贮氢器可在氢能汽车、氢电动车、氢回收、氢净化、氢运输等领域得到广泛的应用。;MH氢汽车燃料供给系统;（1）吸热能小； （2）放氢压力为零点几个MPa； （3）贮氢密度高； （4）性能劣化少； （5）成本低； （6）寿命长。;3、氢的分离、回收与净化;　利用贮氢材料吸收氢的特性，可从氯碱、合成氨的工业废气中回收氢；可方便而廉价地获取超高纯H2(99.9999％)，实现氢的净化；还可将难与氢分离的气体，如氦经济地分离出来，无须惯用的深冷方法而实现氢的分离。; 4、发展镍氢电池 由于镉有毒，镍镉高容量可再充式电池因废电池处理复杂已处于被淘汰的阶段。因此金属氢化物镍氢电池