储氢材料概述详解

1、一一 氢能储存方法氢能储存方法w 氢气储存有氢气储存有物理方法和化学方法物理方法和化学方法n物理法：液氢储存、高压氢气储存、玻璃微球储存、物理法：液氢储存、高压氢气储存、玻璃微球储存、地下岩洞储存、活性炭吸附储存、碳纳米管储存地下岩洞储存、活性炭吸附储存、碳纳米管储存n化学法：化学法：金属氢化物储存金属氢化物储存，有机液态氢化物储存，有机液态氢化物储存（用萘（用萘-萘烷或者苯萘烷或者苯-环己烷作为储存运输氢气的载体：环己烷作为储存运输氢气的载体：在在100-150，0.1-0.3MPa和镍催化，萘、苯转化为和镍催化，萘、苯转化为萘烷、环己烷。在使用场合萘烷、环己烷在萘烷、环己烷。在使用场合萘烷

2、、环己烷在250-370，0.1MPa和铂催化下，转化为萘、苯，同时释和铂催化下，转化为萘、苯，同时释放出氢气）、无机物储存、氢化铁吸附储存放出氢气）、无机物储存、氢化铁吸附储存 二、不同储氢方式的比较二、不同储氢方式的比较气态储氢：气态储氢：1)能量密度低能量密度低2)不太安全不太安全液态储氢：液态储氢：1)能耗高能耗高2)对储罐绝热性能要求高对储罐绝热性能要求高二、不同储氢方式的比较二、不同储氢方式的比较固态储氢的优势：固态储氢的优势：1)体积储氢容量高体积储氢容量高2)无需高压及隔热容器无需高压及隔热容器3)安全性好，无爆炸危险安全性好，无爆炸危险4)可得到高纯氢，提高氢的附加值可得到高

3、纯氢，提高氢的附加值2.1 体积比较体积比较2.2 氢含量比较氢含量比较0123450123454.2wt%Carbon nanotube(RT,10MPa 氢压)3.6wt%1.8wt%1.4wt%Hydrogen storage capacity (wt%) LaNi5H6 TiFeH1.9 Mg2NiH4 Hydrogen storage capacity (wt%) per weight三三 金属氢化物储氢原理金属氢化物储氢原理w 反应可逆反应可逆w 氢与碱金属、碱土金属反应，形成离子型氢化氢与碱金属、碱土金属反应，形成离子型氢化物，白色晶体，氢表现为物，白色晶体，氢表现为H-，生成热

4、大，反应，生成热大，反应不可逆，不适宜于氢的储存不可逆，不适宜于氢的储存w 过渡金属与氢反应，形成金属氢化物，反应可过渡金属与氢反应，形成金属氢化物，反应可逆，氢表现为逆，氢表现为H-与与H+之间的中间特性，具有储之间的中间特性，具有储氢功能氢功能w 合金氢化物具有更高的储氢功能合金氢化物具有更高的储氢功能Abs.Des.M + x/2H2MHx - Q 金属金属氢体系相平衡等温相图氢体系相平衡等温相图w 相：相：氢原子进入金属晶氢原子进入金属晶 格空隙，形成共溶体格空隙，形成共溶体w 相：相：储氢合金中氢浓度储氢合金中氢浓度 显著增加，而氢压几乎不变，显著增加，而氢压几乎不变， 生成金属氢化

5、物生成金属氢化物u相相Position for H occupied at HSM Hydrogen on Tetrahedral Sites Hydrogen on Octahedral Sites储氢合金材料特性储氢合金材料特性w 储氢量大，能量密度高（组分储氢量大，能量密度高（组分-压力曲线压力曲线宽而平坦，且滞后小）宽而平坦，且滞后小） w 吸氢和放氢速度快吸氢和放氢速度快w 反应热小，温度适宜、离解压适中反应热小，温度适宜、离解压适中w 容易活化（储氢合金第一次与氢反应）容易活化（储氢合金第一次与氢反应）w 化学稳定性好，不易中毒化学稳定性好，不易中毒四四 储氢材料技术现状储氢材料技

6、术现状w 4.1 金属氢化物金属氢化物w 4.2 配位氢化物配位氢化物4.1 金属氢化物储氢金属氢化物储氢目前研制成功的：目前研制成功的： 稀土镧镍系稀土镧镍系 钛铁系钛铁系 镁系镁系 钛钛/锆系锆系稀土镧镍系储氢合金稀土镧镍系储氢合金v 典型代表：典型代表：LaNi5 ,荷兰荷兰Philips实验室首先研制实验室首先研制v 特点：特点： 活化容易活化容易平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小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抗杂质气体中毒性能好 适合室温操作适合室温操作v 经元素部分取代后的经元素部分取代后的MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土

7、，主要成混合稀土，主要成分分La、Ce、Pr、Nd)广泛用于镍广泛用于镍/氢电池氢电池PCT curves of LaNi5 alloy 钛铁系典型代表：典型代表：TiFe，美美Brookhaven国家实验国家实验 室首先发明室首先发明w价格低价格低w室温下可逆储放氢室温下可逆储放氢w易被氧化易被氧化w活化困难活化困难w抗杂质气体中毒能力差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实际使用时需对合金进行表面改性处理处理TiFe alloyCharacteristics: v two hydride phases;v phase (TiFeH1.04) & phase (TiF

8、eH1.95 )v 2.13TiFeH0.20 + H2 2.13TiFeH1.04 ( phase )v 2.20TiFeH1.04 + H2 2.20TiFeH1.95 ( phase )PCT curves of TiFe alloy TiFe(40 )典型代表：典型代表：Mg2Ni，美美Brookhaven国家实验国家实验室首先报道室首先报道n储氢容量高储氢容量高n资源丰富资源丰富n价格低廉价格低廉n放氢温度高（放氢温度高（250300 ）n放氢动力学性能较差放氢动力学性能较差改进方法：机械合金化改进方法：机械合金化加加TiFe和和CaCu5球磨，或复合球磨，或复合钛/锆系w 具有具有

9、Laves相结构的金属间化合物相结构的金属间化合物w 原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸附子的吸附w TiMn1.5H2.5 日本松下（日本松下（1.8）w Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4w 活性好活性好w 应用：氢汽车储氢、电池负极应用：氢汽车储氢、电池负极接上图3.2配位氢化物储氢w 碱金属（碱金属（Li、Na、K）或碱土金属（或碱土金属（Mg、Ca）与第三主族元素与第三主族元素(B、Al)形成形成w 储氢容量高储氢容量高 w 再氢化难再氢化难(LiAlH4在在TiCl3、 TiCl4等催化下等催化下180 ，8MPa氢压下获得氢压下获得5的可逆储放氢容量的可逆储放氢容量)金属配位氢化物的的主要性能四四 储氢材料的应用储氢材料的应用w 氢的贮存与运输