第4章贮氢合金

《第4章贮氢合金》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章贮氢合金（85页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第四章第四章 贮氢合金贮氢合金 氢二十一世纪氢二十一世纪 的绿色能源的绿色能源能源危机与环境问题能源危机与环境问题v化石能源的有限性与人类需求的无限性化石能源的有限性与人类需求的无限性石石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭！竭！（科技日报，（科技日报，2004年年2月月25日，第二版）日，第二版）v化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾难灾难温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！生存！v人类的出路何在？人类的出路何在？新能源研究势在必行！新能源研究势在必行！氢

2、能开发，大势所趋氢能开发，大势所趋X氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽无尽不存在枯竭问题不存在枯竭问题X氢的热值高，燃烧产物是水氢的热值高，燃烧产物是水零排放，无污染零排放，无污染 ，可循环利用可循环利用X氢能的利用途径多氢能的利用途径多燃烧放热或电化学发电燃烧放热或电化学发电v氢的储运方式多氢的储运方式多气体、液体、固体或化合物气体、液体、固体或化合物实现氢能经济的关键技术实现氢能经济的关键技术v廉价而又高效的制氢技术廉价而又高效的制氢技术v安全高效的储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开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急

3、储氢技术是当务之急v车用氢气存储系统目标：车用氢气存储系统目标：IEA: 质量储氢容量质量储氢容量5%; 体积容量体积容量50kg(H2)/m3DOE : 6.5%, 62kg(H2)/m3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化储氢：液化储氢：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纯氢，提高氢的附加值体积比较体积比较氢含量比较氢含量比较01

4、23450123454.2wt%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 weightv金属氢化物金属氢化物v配位氢化物配位氢化物v纳米材料纳米材料储氢材料技术现状储氢材料技术现状v反应可逆反应可逆v氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠v较高的储氢体积密度较高的储氢体积密度金属氢化物储氢金属氢化物储氢Abs.Des.M + x

5、/2H2MHx + H 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/锆系锆系配位氢化物储氢配位氢化物储氢v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v储氢容量高储氢容量高 v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的可逆储放氢的可逆储放氢容量容量)金属配位氢化物的的主要性能碳纳米管（碳纳米管（CNTs）1991年日本年日本NEC公司公司Iijima教授发现教授发现CNTs纳米碳管储氢纳米碳管储氢-美学者美学者Dil

6、lon1997首开先河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：纳米碳管吸附储氢：Hydrogen storage capacities of CNTs and LaNi5 for comparison (data deternined by IMR，RT，10MPa)多壁纳米碳管电极循环充放电曲线，经过100充放电后 保持最大容量的70单壁纳米碳管循环充放电曲线，经过100充放电后 保持最大容量的80纳米材料储氢存在的问题：纳米材料储氢存在的问题：v世界范围内所测储氢量相差太大：世界范围内所测储氢量相差太大：0.01（wt ） %-67 （wt ） %,如何准确

7、测定？如何准确测定？v储氢机理如何储氢机理如何第一节第一节 金属的贮氢原理金属的贮氢原理 金属的贮氢原理金属的贮氢原理 金属氢化物的结构金属氢化物的结构第二节第二节 贮氢合金材料贮氢合金材料 镁系贮氢合金镁系贮氢合金 稀土系贮氢合金稀土系贮氢合金 钛系贮氢合金钛系贮氢合金第一节第一节 金属的贮氢原理金属的贮氢原理 贮氢合金贮氢合金第三节第三节 贮氢合金的应用贮氢合金的应用 作为贮运氢气的容器作为贮运氢气的容器 氢能汽车、电池上的应用氢能汽车、电池上的应用 分离、回收氢分离、回收氢 制取高纯度氢气制取高纯度氢气 氢气静压机氢气静压机基本要求：基本要求：掌握合金贮氢的原理；掌握贮氢材料的要掌握合金

8、贮氢的原理；掌握贮氢材料的要求。了解几种贮氢材料、特点及应用。求。了解几种贮氢材料、特点及应用。第一节第一节 金属的贮氢原理金属的贮氢原理 贮氢合金贮氢合金一、金属的贮氢原理一、金属的贮氢原理氢的存贮方式氢的存贮方式物理方式贮氢：如采用压物理方式贮氢：如采用压缩、冷冻、吸附等方式；缩、冷冻、吸附等方式；金属氢化物贮氢：金属氢化物贮氢： 氢化物氢化物具有优异的吸放氢性能外，具有优异的吸放氢性能外，还兼顾了很多其它功能。还兼顾了很多其它功能。在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属间化合物（间化合物（Me）与气态与气态H2可逆反应生成金属可逆反应生成金属固溶

9、体固溶体MHx和氢化物和氢化物MHy。反应分反应分三步三步进行：进行：先吸收少量氢，形成含氢固溶体（先吸收少量氢，形成含氢固溶体（相）。相）。其固溶度其固溶度HM与固溶体平衡氢压的平方根与固溶体平衡氢压的平方根成正比：成正比：第一步：第一步： MHHp212第一节第一节 金属的贮氢原理金属的贮氢原理 贮氢合金贮氢合金固溶体进一步与氢反应，产生相变，形成氢化物相固溶体进一步与氢反应，产生相变，形成氢化物相（相）：相）：式中：式中：x为固溶体中的氢平衡浓度，为固溶体中的氢平衡浓度，y是合金氢化物是合金氢化物中氢的浓度，一般中氢的浓度，一般yx。第二步：第二步：第一节第一节 金属的贮氢原理金属的贮氢

10、原理 贮氢合金贮氢合金再提高氢压，金属中的氢含量略有增加。再提高氢压，金属中的氢含量略有增加。第三步：第三步：金属与氢的反应是一个可逆过程。金属与氢的反应是一个可逆过程。 正向反应吸氢、放热，逆向反应释氢、吸热。正向反应吸氢、放热，逆向反应释氢、吸热。 改变温度和压力条件可使反应按正向、逆向反改变温度和压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的稀释氢功能。复进行，实现材料的稀释氢功能。第一节第一节 金属的贮氢原理金属的贮氢原理 贮氢合金贮氢合金氢在金属中的吸收和释放，氢在金属中的吸收和释放，取决于金属和氢的相取决于金属和氢的相平衡关系平衡关系，影响相平衡的因素为，影响相平衡的因素为温度、

11、压力和组温度、压力和组成成。（也就是金属吸氢生成金属氢化物还是金属。（也就是金属吸氢生成金属氢化物还是金属氢化物分解释放氢，受温度、压力和合金成分的氢化物分解释放氢，受温度、压力和合金成分的控制）控制）第一节第一节 金属的贮氢原理金属的贮氢原理 贮氢合金贮氢合金图图4-1 M-H系统平衡压相图系统平衡压相图 p-c-T曲线是衡量贮氢材料热力学性能的重要特曲线是衡量贮氢材料热力学性能的重要特性曲线。通过该图可以了解金属氢化物中能含多性曲线。通过该图可以了解金属氢化物中能含多少氢少氢()和任一温度下的分解压力值。和任一温度下的分解压力值。 p-c-T曲线曲线的平台压力、平台宽度与倾斜度、平台起始浓