金属氢化物储氢材料的研究进展

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1、金属氢化物储氢材料的研究进展1.引言随着社会发展、人口增长，人类对能源的需求将越来越大。以煤、石油、天然气等为代表的化石能源是当前的主要能源，但化石能源属不可再生资源，储量有限，而且化石能源的大量使用，还造成了越来越严重的环境污染问题。因此,可持续发展的压力迫使人类去寻找更为清洁的新型能源。氢能作为一种高能量密度、清洁的绿色新能源，氢能的冇效利用成为了当前的研究重点，氢能应用的关键是氢的有效储存。氢的利用可以分为制氢、贮氢和使用等三个主要环节，其中，贮氢环节是关键。贮氢的方式主要冇气态贮氢、液态贮氢和固态贮氢等。气态贮氢是把压缩气体装入高压气瓶中，体积密

2、度较小，最大值为33kgH2-m'5,重量密度为13wt%，但气体压力过大（800bar）在移动使用过程中可能带来安全隐患。液态贮氢的体积密度为71kgHrnf3，虽然重量密度为100wt%,但贮存温度过低（21K,lbar）,II氢的泄露会带来安全性问题，同吋为保持低温所需要的能量消耗也较大。相比之下，固态贮氢是比较安全节能的贮氢方式。固态贮氢材料冇多种类型。S前所采用或正在研究的主要储氢材料，包括金属氢化物储氢、物理吸附储氢材料、复杂氢化物储氢、水合物储氢、直接水解放氢的储氢材料、多孔聚合物储氢材料、有机液体氢化物储氢材料，本文综述了金属氢化物的发展

3、现状，重点分析了金属氢化物的优缺点，谈探究了其未来的发展趋势。2.金属氢化物储氢材料金属氢化物储氢具有安全可靠、储氢能耗低、储存容量高（单位体积储氢密度高）、制备技术和工艺相对成熟等优点。此外，金属氢化物储氢还冇将氢气纯化、压缩的功能。因此，金属氢化物储氢是0前应用最为广泛的储氢材料。储氢合金是指在一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。储氢合金由两部分组成，一部分为吸氢元素或与氢冇很强亲和力的元素（A）,它控制着储氢量的多少，是组成储氢合金的关键元素，主要是IA〜VB族金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、Re（稀土元

4、素）；另一•部分则为吸氢量小或根本不吸氢的元素（B），它则控制着吸/放氢的可逆性，起调节生成热与分解压力的作用，如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、AI等。0前世界上已经研制出多种储氢合金，按储氢合金金属组成元素的数0划分，可分为：二元系、三元系和多元系；按储氢合金材料的主要金属元素区分，可分为：稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体、锆系等；而组成储氢合金的金属可分为吸氢类（用A表示）和不吸氢类（用B表示），据此又可将储氢合金分为：AB5型、八82型、AB型、A2B型。2.1.稀土系储氢合金稀土储氢合金中典型代表是LaNi5。该合金为CaCu5型六方结构，它的优点

5、为活化容易，平台压力适中II平坦，吸/放氢平衡压差小，动力学性能优良，不易中毒。在25°C及0.2MPa压力下，该合金储氢量约为1.4%，分解热为30kJ/mol。，所以室温下便可以实现对氢的存储。此外，该合金还具有吸/放氢纯度高的特点（99.9%以上），因此可以作为制备高纯度氢气的一种途径。LaNi5合金的缺点为抗粉化、抗氧化性能较差，且由于含有稀土元素La,价格偏高。Willems戸等人通过采用Mm（Mm为混合稀土，主要成分为La、Ce、Pr、Nd）取代部分元素La,不仅使其抗粉化、抗氧化性能得到改善，而II降低了稀土合金的成本。但同吋带来了氢分解压

6、升高的问题。于是在此基础上开发了大量多元合金Mm^CxN^Dy,其中C有Al、Cu、Mn、Si、Ca、Ti、Co;D为Al、Cu、Mn、Si、Ca、Ti、Co、Cr、Zr、V、Fe（=0.05〜0.20,Y=0.1-2.5）131。1.1.镁系储氢合金镁系合金的典型代表是Mg2Ni141。镁系合金具冇成本低（即资源丰富、价格低廉）、重量轻、储氢量高（储氢合金中，其储氢能力最高，如MgH2储氢量7.6%）。因此，镁系合金被认为是最具潜力的合金材料。该合金的缺点为放氢温度高（一般为250°C〜300°C）,放氢动力学性能较差以及抗腐蚀性能较差。2002年，W

7、ang151等人则采用Ag部分替代Mg2Ni合金中的Mg后，其吸氢量可达2.2%,吸放氢温度降低同样也得到降低。近年来出现了一种新的金属氢化物储氢技术一薄膜金属氢化物储氢，包括纯Mg膜、Mg-Pd薄膜、Mg-Ni薄膜、Mg-Nb薄膜、Mg—V薄膜、Mg-Al薄膜、Mg-LaNi5薄膜。Wang161等人采用厚度为数十纳米至数百纳米的薄膜金属氢化物进行研究，发现储氢合金薄膜化后具冇以下优点：吸、放氢速度快；抗粉化能力强；热传导率高；可相对容易地对薄膜进行表面处理，如表面离子轰击，化学镀等。此外，他们在薄膜金属氢化物表面喷涂保护层，结果发现这样可起到活化薄膜

8、金属氢化物和保护氢化物不受杂质组分的毒害。但0前制备的镁薄膜一般都需用价格较高的