问题标题：
【储氢材料概述】
问题描述：
储氢材料概述
沈霄凤回答：
FuelCellR&DCenter
SeminarI
DalianInstituteofChemicalPhysics
储氢材料概述
报告人:赵平
指导教师:张华民研究员
FuelcellR&Dcenter
DalianInstituteofChemicalPhysics
ChineseAcademyofScience
2004年4月
SeminarI
一,绪言
氢-二十一世纪
的绿色能源
1.1能源危机与环境问题
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!(科技日报,2004年2月25日,第二版)
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-新能源研究势在必行!
1.2氢能开发,大势所趋
氢是自然界中最普遍的元素,资源无穷无尽-不存在枯竭问题
氢的热值高,燃烧产物是水-零排放,无污染,可循环利用
氢能的利用途径多-燃烧放热或电化学发电
氢的储运方式多-气体,液体,固体或化合物
1.3实现氢能经济的关键技术
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%;体积容量>50kg(H2)/m3
DOE:>6.5%,>62kg(H2)/m3
二,不同储氢方式的比较
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
二,不同储氢方式的比较
固态储氢的优势:
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
2.1体积比较
2.2氢含量比较
三,储氢材料技术现状
3.1金属氢化物
3.2配位氢化物
3.3纳米材料
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
Abs.
Des.
M+x/2H2
MHx+H
PositionforHoccupiedatHSM
HydrogenonTetrahedralSites
HydrogenonOctahedralSites
3.1金属氢化物储氢
目前研制成功的:
稀土镧镍系
钛铁系
镁系
钛/锆系
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
PCTcurvesofLaNi5alloy
钛铁系
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
PCTcurvesofTiFealloy
TiFe(40℃)
TiFealloy
Characteristics:
twohydridephases;
phase(TiFeH1.04)&phase(TiFeH1.95)
2.13TiFeH0.10+1/2H2→2.13TiFeH1.04
2.20TiFeH1.04+1/2H2→2.20TiFeH1.95
镁系
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
钛/锆系
具有Laves相结构的金属间化合物
原子间隙由四面体构成,间隙多,有利于氢原子的吸附
TiMn1.5H2.5日本松下(1.8%)
Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4
活性好
用于:氢汽车储氢,电池负极Ovinic
3.2配位氢化物储氢
碱金属(Li,Na,K)或碱土金属(Mg,Ca)与第三主族元素(B,Al)形成
储氢容量高
再氢化难(LiAlH4在TiCl3,TiCl4等催化下180℃,8MPa氢压下获得5%的可逆储放氢容量)
金属配位氢化物的的主要性能
℃
3.3碳纳米管(CNTs)
1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs
纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河
单壁纳米碳管束TEM照片
多壁纳米碳管TEM照片
纳米碳管吸附储氢:
HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR,RT,10MPa)
纳米碳管电化学储氢
开口多壁MoS2纳米
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