[材料科学]储氢材料概述

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1、2021/8/261储氢材料概述SeminarI2021/8/262一、绪言氢－二十一世纪的绿色能源2021/8/2631.1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！！！2021/8/2641.2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

2、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2021/8/2651.3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)/m3DOE:>6.5%,>62kg(H2)/m32021/8/266二、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2021/8/267二、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，

3、无爆炸危险可得到高纯氢，提高氢的附加值2021/8/2682.1体积比较2021/8/2692.2氢含量比较2021/8/2610三、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2021/8/2611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/2H2MHx+∆H2021/8/2612PositionforHoccupiedatHSMHydrogenonTetrahedralSitesHydrogenonOctahedralSites2021/8/26133.1金属氢化物储

4、氢目前研制成功的：稀土镧镍系钛铁系镁系钛/锆系2021/8/2614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2021/8/2615PCTcurvesofLaNi5alloy2021/8/2616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

5、体中毒能力差实际使用时需对合金进行表面改性处理2021/8/2617PCTcurvesofTiFealloyTiFe(40℃)2021/8/2618TiFealloyCharacteristics:twohydridephases;phase(TiFeH1.04)&phase(TiFeH1.95)2.13TiFeH0.10+1/2H2→2.13TiFeH1.042.20TiFeH1.04+1/2H2→2.20TiFeH1.952021/8/2619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

6、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2021/8/2620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Ovinic2021/8/26213.2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

7、获得5％的可逆储放氢容量)2021/8/2622金属配位氢化物的的主要性能℃2021/8/26233.3碳纳米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs2021/8/2624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2021/8/2625纳米碳管吸附储氢：HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR，RT，10MPa)2021/8/2626纳米碳管电化学储氢开口多壁MoS2纳

8、米管及其循环伏安分析循环伏安曲线2021/8/2627纳米碳管电化学储氢2021/8/2628多壁纳米碳管电极循环充放电曲