储氢材料概况.ppt

摘要摘要：综述了氢存储研究的重要性和国内外当前金属储氢材料的研究状况，对稀土系、Laves相系、镁系和钛系4大系列及金属配位氢化物系储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细的介绍并对未来金属储氢材料的研究工作进行了展望。金属储氢材料可用于电能、机械能、热能和化学能的转换和储存，具有广阔的应用前景。然而到目前为止，那些在室温下容易释放氢的金属氢化物，其可逆吸氢量不超过2，无法满足实际要求。因此，新型储氢材料的开发任重而道远。关键词：金属储氢材料；存储标准；Laves相；稀土系合金；Mg系目前由于传统化石能源的储备有限以及使用它们带来的环境问题越来越突出，目前由于传统化石能源的储备有限以及使用它们带来的环境问题越来越突出，人们急需寻找新的替代能源。氢能由于其高效性和清洁性而备受重视。各国科人们急需寻找新的替代能源。氢能由于其高效性和清洁性而备受重视。各国科学家竞相开发与氢能相关的产品，镍氢电池，氢燃料电池汽车等相关产品正从学家竞相开发与氢能相关的产品，镍氢电池，氢燃料电池汽车等相关产品正从实验室走向社会，氢能经济即将到来。实验室走向社会，氢能经济即将到来。高效性高效性:首先氢能具有很高的热值，燃烧1 kg氢气可产生125x10 kJ的热量，相当于3Kg汽油或45kg 焦炭完全燃烧所产生的热量.清洁性清洁性:氢燃烧释能后的产物H20，对环境友好，无污染，是绿色清洁能源氢能的使用涉及三个部分：制备，储存和能量转化。其中，氢氢能的使用涉及三个部分：制备，储存和能量转化。其中，氢气的储存是氢能使用的关键环节。尤其在车载氢能源的使用过气的储存是氢能使用的关键环节。尤其在车载氢能源的使用过程中，氢气的储存是至关重要的一步。从经济角度出发，储氢程中，氢气的储存是至关重要的一步。从经济角度出发，储氢材料必须具备较大的质量密度和储氢体积。传统的储氢方法有材料必须具备较大的质量密度和储氢体积。传统的储氢方法有高压储氢，液氢储氢，金属氢化物储氢等。高压储氢，液氢储氢，金属氢化物储氢等。储氢材料的研究主要为3大类：金属储氢材料、多孔吸附储氢材料、有机液态储氢材料 金属储氢材料的研究热点和存在问题 储氢材料除了必须满足储氢量大条件外，还应满足吸放氢温度较低和储氢材料除了必须满足储氢量大条件外，还应满足吸放氢温度较低和速度较快等条件。为了提高轻质金属的储氢动力学性能速度较快等条件。为了提高轻质金属的储氢动力学性能 衡量储氢材料性能的标准主要有2个：1.体积密度(kgm3)l储氢质量分数。体积密度为系统单位体积内储存氢气的质量储氢质量分数为系统储存氢气的质量与系统质量的比值。2.充放氢的可逆性、充放气速率及可循环使用寿命等也是衡量储氢材料性能的重要参数 传统的氢气存储方式主要有气态和液态 气态储氢方式简单方便,但气态储氢存在体积密度较小的缺点运输和使用过程中也存在易爆的安全隐患 液态储氢方法的体积密度高但氢气的液化需要冷却到20 K的超低温下才能实现 金属储氢材料 1.合金氢化物材料，2.金属配位氢化物材料 趋于土系、Laves相系、镁系和钛系4大系列 成熟和具备实用价值的金属氢化物储氢材料主要有稀31 稀土系合金稀土系合金 以LaNi 5为代表的稀土系储氢合金，被认为是所有储氢合金中应用性能最好的一类金属问化合物LaNi 5具有六方结构其中有许多间隙位置，可以固溶大量的氢。LaNi 5晶胞是由3个十二面体，9个八面体，6个六面体和36个四方四面体组成。其中3个十二面体，9个八面体和6个六面体的晶格间隙半径大于氢原子半径，可以储存氢原子。而36个四方四面体间隙较小，不能储存氢原子。这样，一个晶胞内可以储存18个氢原子，最大储氢量为1379（质量分数）缺点：LaNi5 储氢合金的主要缺点是镧的价格高，循环退化严重，易于粉化，密度大。采用混合稀土(La，Ce，Sm)Ms替代La是降低成本的有效途径，但M i 的氢分解压升高，滞后压差大给使用带来困难 32 型型Laves相系合金相系合金 型Laves相系合金材料是一类非常具有潜在研究价值的储氢材料。已经发现的A 型储氢材料有3种晶相结构：立方晶相C15(MgZn2)，六方晶相C14(MgCu：)和双六方晶相C36(NiMg2)。优点：同以LaNi5 为代表的稀土系储氢材料相比，Laves相系合金材料具有较高的存储容量，更高的动力学效率，更长的使用寿命和相对较低的成本等。缺点：此类材料的氢化物在室温时过于稳定不易脱氢。33 镁系储氢合金镁系储氢合金 镁系储氢材料由于储氢量高(镁的理论储氢量为76)、资源丰富以及成本低廉被公认为是最有前景的储氢材料之一 表面改性方法能大大改善储氢合金在充放电过程中的粉化和氧化问题，提高储氢合金的综合电化学性能 Suda等应用氟处理技术改善Mg基合金的表面特性在40下就可吸氢。近年来对价格低廉的镁储氢材料的研究取得了重大突破 34 Fei 系系Fei储氢量为18。FeTi合金储氢能力好，甚至还略高于LaNi 优越性：FeTi合金活化后，能可逆地吸放大量的氢且氢化物的分解压强仅为几个大气压，很接近工业应用；Fe，Ti元素在自然界中含量丰富，价格便宜，适合在工业中大规模应用 局限性：由于材料中有TiO：层形成，使得该材料极难活化，限制了其应用 改善FeTi合金活化性能最有效的途径是合金化和纳米化，在纯Ar气氛下，掺杂少量的Ni；球磨2030 h后制备的FeTi材料不需活化即可很容易地吸氢 但改善的同时要损失合金一部分其他储氢性能 研究还表明用机械压缩和酸、碱等化学试剂表面处理也能改善FeTi合金的活化性能 另一类金属储氢材料是金属配位氢化物是由碱金属(如：Li，Na，K)或碱土金属(如：Mg，Ca)与第A元素(如：B，A1)或非金属元素形成 目前已发现的配位氢化物中，常温下氢质量分数最高的为LiBI-L(18)，这种物质在280 oC分解放出3个H，变为LiH和B，加入SiO 后可在100 oC放出氢气。此外，NaBH 的氢含量也比较高为107 35 金属配位氢化物金属配位氢化物Li3N的理论最大吸氢量可达1 15 金属储氢材料，不仅是优良的储氢材料，还是新型的功能材料，可用于电能、机械能、热能和化学能的转换和储存。具有广阔的应用前景。然而到目前为止，那些在室温下容易释放氢的金属氢化物，其可逆吸氢量不超过2，无法满足实际需求。同时由于成本、原料来源和性能缺陷等诸多原因的制约。使得这些材料的实际应用受到限制。从可持续发展的战略角度出发，新型的金属储氢材料应满足这样一些要求：原料来源广、成本低、制造工艺简单：密度小、氢含量高、能量密度大；可逆吸放氢速度快、效率高；循环使用寿命高等。国际能源协会(1EA)规定未来新型储氢材料的标准为：在低于373 K下吸氢容量大于5。要达到这一标准，科研工作者尚需协同努力，做好金属储氢材料的研究工作 4 结束语结束语 .Cal Xuezhang(蔡学章)Ti函 i，非晶粉和准晶粉的高压贮氢【J】Rare Metals Letters(稀有金属快报)，2003，22(11)：18-19 .Guo Shengwu(郭生武)，Zhang Yong(张勇)掺硅MINi5系稀土贮氢合金电化学性能【J1J0umaofthe chinese RareEarths Society(中国稀土学报)，2000，18(4)：325=328 .Zhao Shuang(赵爽)，Lin Qin(林勤)Sn对稀土系贮氢合金性能的影响 e 如eseJ0u仃laJofNonferrousMetals(中国有色金属学报)，2000，10(1)：7376 .Chen Yi(陈异)，Jiang Lijun(蒋利军)TiMn基Laves相贮氢合金的研究【J】Rafe Metals Letters(稀有金属快报)，2005，24(5)：2832 .Wu QuarI】【ing(吴全兴)镁系合金的贮氢性能J1RareMetals Letters(稀有金属快报)，2002，21(11)：1819参考文献参考文献 References