C03：储氢材料
储氢材料课件
确保储氢材料在使用过程中的安全性，解决潜在 的安全隐患。
05
结论与展望
储氢材料的重要地位与作用
01
能源储存与运输
储氢材料作为高效的能源储存和运输介质，具有高能量密度和易于储
存的优点，为可再生能源的大规模利用提供解决方案。
02
节能减排
储氢材料可以用于制备氢气，替代传统的化石燃料，从而减少环境污
降低成本
通过改进制备工艺、寻找低成本原材料等方法，降低储氢材料的 成本，提高其竞争力。
实现规模化生产
提高储氢材料的生产效率，实现规模化生产，以满足市场需求。
储氢材料的技术突破与挑战
材料稳定性
提高储氢材料的稳定性，以确保其在多次充放电 循环后仍能保持良好的性能。
高效制氢技术
研发高效的制氢技术，以实现储氢材料的快速充 放和高效利用。
用于电动汽车、无人机等移动设备，提供可靠的 能源供应，提高续航能力。
分布式能源系统
利用储氢技术将可再生能源储存，在需要时释放 ，有效解决可再生能源发电的不稳定性问题。
燃料电池领域
质子交换膜燃料电池（PEMFC）
储氢材料作为氢源，为燃料电池提供高纯度氢气，适用于汽车、航空航天等领域 。
固体氧化物燃料电池（SOFC）
重要影响。
常见的储氢材料晶体结构
02
如金属有机框架(MOFs)、配位聚合物(CPs)、共价有机框架
(COFs)等。
晶体结构与孔径和比表面积的关系
03
储氢材料的孔径和比表面积对其储氢性能也有重要影响，这些
性质又与晶体结构密切相关。
储氢材料的物理性能
孔径和比表面积
储氢材料通常具有较大的孔径和比表面积，这样 可以提高其储氢能力。
储氢材料研究进展
储氢材料研究进展储氢材料是一种能够吸附、存储和释放氢气的材料。
由于氢气是一种清洁、高能量密度的能源源，因此研究和开发高效、安全、可靠的储氢材料对于实现氢能源经济至关重要。
以下是储氢材料研究的一些最新进展。
一种被广泛研究的储氢材料是金属-有机骨架材料(MOFs)。
MOFs是由金属离子(或金属团簇)与有机配体构成的晶状材料。
它们具有大的表面积和可调、高度可控的孔隙结构，这使得它们能够有效地吸附和储存氢气。
近年来，研究人员发现通过改变MOFs的化学组成和结构，可以进一步提高其储氢性能。
例如，将不同的金属离子引入MOFs，并调整配体的取代基，可以改变材料的吸附容量和吸附条件。
此外，研究人员还尝试利用功能化MOFs，如在其表面引入催化剂，以提高氢气的解吸速度和反应活性。
除了MOFs，碳基材料也是另一个研究热点。
碳基材料具有优良的导电性、热稳定性和化学稳定性，使其成为理想的储氢材料。
碳纳米管、石墨烯和活性炭等碳基材料都已被广泛研究用于储氢。
石墨烯具有高表面积和高导电性，可以增加吸附氢气的能力，并提高储氢速度。
碳纳米管则可以通过改变结构和直径来调节其吸附容量。
此外，不同的活性炭材料具有不同的微孔结构和吸附能力，可以根据需要进行选择和优化。
还有一类被广泛研究的储氢材料是金属氢化物。
金属氢化物具有较高的密度和储氢容量，是一种高效的储氢材料。
然而，金属氢化物的储氢速率通常较低，且吸附和解吸氢气需要较高的温度和压力。
为解决这一问题，研究人员已经开始将金属氢化物与其他材料进行复合。
例如，金属氢化物与MOFs或碳纳米管复合可以提高储氢速率和降低操作温度和压力。
此外，添加催化剂如铂、钯或镍等也可以增加金属氢化物与氢气之间的反应速率。
除了上述材料，还有一些其他新颖的储氢材料被研究出来。
例如，储氢容量较高的两性离子材料和金属有机骨架材料，以及结合常规材料如钠、镁和铝等金属的储氢合金材料。
这些新颖材料的研究为高效、可持续、低成本的储氢技术的发展提供了新方向。
储氢材料的分类及研究进展
储氢材料的分类及研究进展储氢材料是指能够吸收、存储和释放氢气的材料。
储氢技术是氢能应用的关键之一，可以有效解决氢能在储存和运输过程中的困难。
目前，储氢材料可分为物理吸附、化学吸附、金属氢化物和化学储氢材料等四大类。
物理吸附材料是最早被研究的储氢材料之一，其通过分子间相互作用力实现氢气的吸附。
常见的物理吸附材料包括活性炭、金属有机骨架（MOF）、碳纳米管等。
物理吸附材料具有分子均匀分散、重力失效等特点，但吸附能力较弱、脱附困难等问题限制了其实际应用。
化学吸附材料相较于物理吸附材料，通过化学键或电子云间相互作用来吸附氢气。
其可以分为配位化合物、氮碳化合物和碳负载的金属催化剂等。
化学吸附材料具有高吸附容量、可逆循环等优势，但存在中等温度下反应慢、再生困难等问题。
金属氢化物可通过吸氢和脱氢反应实现储氢。
根据金属和氢化物的反应性，可分为反应型、吸附型和固溶型金属氢化物。
金属氢化物储氢具有储氢容量大、实际应用广等优势，但存在反应速率慢、固脱附困难等问题。
化学储氢材料是一类以化学反应形式将氢气转化为其他物质来实现储氢的材料。
其可以分为金属烷基化物、金属氢化物和高温固态化合物等。
化学储氢材料具有储氢容量大、储氢速率快等特点，但由于反应副产物的处理问题，目前还存在一定的挑战。
近年来，储氢材料的研究进展主要集中在以下几个方面：1.新型材料的开发：通过合成新结构、新型配位化合物和金属有机骨架等材料，提高储氢材料的吸附容量和吸附速率。
2.改善储氢材料性能：利用催化剂改善物理吸附材料的吸附性能、通过控制金属氢化物的成分和微观结构来提高储氢性能，以及通过功能化修饰来改善化学吸附材料的再生性能。
3.界面优化：通过界面改性来提高吸附材料的吸附能力和实际应用效果。
4.储氢材料与载氢载体的设计：通过与载氢载体的复合来提高储氢材料的储氢性能，如储氢塔等。
5.储氢材料的实际应用：将储氢材料应用于氢能源领域，如氢气储存、氢能源驱动车辆等。
储氢材料详细资料大全
储氢材料详细资料大全储氢材料(hydrogen storage material)一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。
最早发现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。
基本介绍•中文名：储氢材料•外文名：hydrogen storage material•时间：20世纪70年代以后•不同储氢方式：气态、固态、液态•常见材料：合金、有机液体以及纳米储氢材料•要求：安全、成本低、容量大、使用方便储氢材料简介,储氢方式,气态储氢,液态储氢,固态储氢,存在问题,常见储氢材料,储氢材料简介储氢材料（hydrogen storage material）随着工业的发展和人们物质生活水平的提高,能源的需求也与日俱增。
由于近几十年来使用的能源主要来自化石燃料(如煤、石油和天然气等),而其使用不可避免地污染环境,再加上其储量有限,所以寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。
氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体,正引起人们的广泛关注。
氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视,以期在21世纪中叶进入“氢能经济(hydrogen economy)”时代。
氢能利用需要解决以下 3 个问题:氢的制取、储运和套用 ,而氢能的储运则是氢能套用的关键。
氢在通常条件下以气态形式存在, 且易燃、易爆、易扩散,使得人们在实际套用中要优先考虑氢储存和运输中的安全、高效和无泄漏损失,这就给储存和运输带来很大的困难。
储氢方式气态储氢气态存储是对氢气加压，减小体积，以气体形式储存于特定容器中，根据压力大小的不同，气态储存又可分为低压储存和高压储存。
氢气可以像天然气一样用低压储存，使用巨大的水密封储槽。
该 ... 适合大规模储存气体时使用。
由于氢的密度太低，套用不多。
气态高压储存是最普通和最直接的储存方式，通过高压阀的调节就可以直接将氢气释放出来。
普通高压气态储氢是一种套用广泛、简便易行的储氢方式 ,而且成本低, 充放气速度快 , 且在常温下就可进行。
储氢材料研究进展
储氢材料研究进展储氢是一种将氢气存储起来以便在需要时释放的技术。
储氢材料是指能够吸附、吸收或反应氢气的材料。
目前，储氢材料的研究已经取得了一些进展，下面将对其进行具体介绍。
第一种储氢材料是吸附剂。
吸附剂是指能通过物理吸附将氢气吸附到其表面的材料。
目前研究表明，金属有机框架材料（MOFs）在储氢方面具有很大的潜力。
MOFs具有高度可调性，表面积大，孔径大小可调，能够提供更好的吸附效果。
此外，碳材料，如活性炭、石墨烯等，也是一种常见的吸附剂。
通过改变碳材料的结构和表面性质，可以提高其吸附氢气的能力。
第二种储氢材料是吸收剂。
吸收剂是指能够将氢气通过化学反应吸收到其内部结构中的材料。
一种典型的吸收剂是金属氢化物。
金属氢化物可以将氢气转化为金属氢化物，并在需要时释放出氢气。
近年来，一种新型的金属氢化物材料，即主族金属氢化物（如LiH、MgH2等），显示出了较高的储氢能力。
此外，还有其他吸收剂，如复合材料和拓扑结构材料，也显示出潜在的储氢性能。
第三种储氢材料是反应剂。
反应剂是指能够通过与氢气发生化学反应来储存氢气的材料。
一种常见的反应剂是金属合金。
金属合金通常由两种或多种金属的混合物组成，能够与氢气发生反应，并在需要时释放出氢气。
例如，氢化镁镍合金是一种常用的储氢材料，具有较高的储氢能力。
此外，还有其他一些金属合金和复合材料被研究作为储氢材料。
总的来说，储氢材料的研究取得了一些进展，但仍然存在一些挑战。
首先，储氢能力仍然有待提高。
目前已有的储氢材料在储存密度和放氢速率方面仍然存在限制。
其次，储氢材料的稳定性和循环寿命也需要进一步改进。
一些储氢材料在反复循环后会失去其储氢性能。
此外，储氢材料的成本也是一个重要的考虑因素，需要寻找更便宜和可大规模生产的材料。
总之，储氢材料的研究进展为氢能源的开发和应用提供了基础。
通过进一步的研究和创新，相信储氢材料的储氢能力和性能将得到进一步的提高，为实现低碳经济和可持续发展做出贡献。
储氢材料原理
储氢材料原理储氢材料原理储氢技术是解决氢能利用问题的关键技术之一。
在氢能经济中，储氢技术的发展直接决定了氢能的可行性和应用范围。
目前，常用的储氢技术主要包括液化氢储存、压缩氢储存和固态储氢。
其中，固态储氢技术受到了越来越多的关注，并被认为是未来氢能经济发展的关键技术。
固态储氢技术是指将氢气储存在固态材料中，通过控制温度和压力，实现储氢和释放氢的过程。
这种储氢材料通常是金属材料、合金材料、碳材料等，具有较高的储氢容量和较低的吸放氢温度。
固态储氢材料具有以下几个关键的特性：1. 储氢容量高：固态储氢材料能以较高的密度储存氢气，大大提高了氢气的储存能力。
目前，一些固态储氢材料的储氢容量已经达到了10%以上，相当于每公斤材料能储存100克氢气。
2. 吸放氢速度快：固态储氢材料具有良好的吸放氢性能，即能够在较短的时间内吸收或释放大量的氢气。
这对于氢能的应用而言非常重要，能够提高氢能的供应效率。
3. 吸放氢温度低：固态储氢材料能够在较低的温度下吸收或释放氢气，这在一定程度上解决了储氢材料吸放氢温度过高导致能量损失的问题。
例如，一些新型金属材料能够在常温下实现吸放氢，大大提高了储氢的效率。
4. 循环稳定性好：固态储氢材料具有很好的循环稳定性，即能够在多次吸放氢循环中保持较高的吸放氢性能。
这保证了固态储氢材料的长期可靠性和持久性。
固态储氢材料的储氢原理主要包括物理吸附和化学吸附两种方式。
物理吸附是指氢气分子在材料表面或负载体孔道中通过几何、电子和范德华力等相互作用力吸附在材料表面或孔道内部。
化学吸附是指氢气分子发生氢键等化学键与储氢材料中的原子或分子发生相互作用，并形成稳定的化学物质。
这两种吸附方式在固态储氢材料中通常是同时存在的。
固态储氢材料的研究和开发目前仍面临一些挑战和困难。
首先，固态储氢材料的储氢容量还远远低于实际应用的需求。
目前，大多数固态储氢材料的储氢容量都在2-4%之间，与实际应用需求相差甚远。
其次，一些固态储氢材料的吸放氢速度较慢，不能满足氢能的供应需求。
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展储氢材料是指能够安全、高效地储存氢气的材料。
储氢技术是氢能源的关键技术之一，能够实现氢能源的大规模应用。
目前，储氢材料的研究进展主要集中在氢吸附材料、化学储氢材料和物理储氢材料三个方面。
氢吸附材料是利用物理吸附的方式将氢气吸附储存于材料中。
常见的氢吸附材料包括金属有机骨架材料（MOFs）、大孔材料、以及碳基材料等。
MOFs是由有机配体和过渡金属离子组成的晶态多孔材料。
由于其具有高比表面积和可调节的孔径大小，使其成为理想的氢储存材料。
大孔材料如金属有机配合物和多孔晶体材料，具有较大的孔径和孔容，能够提供更高的氢吸附容量。
碳基材料具有优异的热稳定性和化学稳定性，是一类常见的功底途材料，如碳纳米管和活性炭等。
化学储氢材料是将氢气通过化学反应储存在材料中。
该类材料包括金属氢化物、金属化合物和有机化合物等。
金属氢化物具有高储氢密度和可逆的吸放氢性能，但其储氢温度较高，不利于应用。
为此，研究者针对金属氢化物进行了一系列的改性，如添加催化剂、改变晶体结构和尺度效应等，以提高其储氢性能。
金属化合物如过渡金属硼化物、过渡金属卡宾化物等也具有较高的储氢容量和反应活性。
有机化合物如酰胺、石蜡和脂肪酸等也被研究用作化学储氢材料，其具有储氢容量大、反应温度低等优点，但其稳定性较差，需要进行改性以提高其循环寿命。
物理储氢材料是利用吸附、吸气和共存（吸气和吸附的结合）三种方式将氢气储存于材料中。
常见的物理储氢材料主要有活性炭、多壁碳纳米管等。
活性炭是一种多孔材料，具有高比表面积和可调节的孔径大小，能够通过物理吸附将氢气吸附储存于其表面或孔道中。
多壁碳纳米管是一种碳基纳米材料，具有极小的孔径和大的比表面积，能够通过吸附、蓄存和自发释放的方式储存氢气。
总结来说，目前储氢材料的研究进展主要集中在氢吸附材料、化学储氢材料和物理储氢材料三个方面。
随着科学技术的不断发展，研究者们正在不断寻求新的储氢材料，以提高储氢容量、降低温度和压力等方面的要求，为氢能源的应用提供更多的选择和可能性。
储氢材料介绍
3
在以氢作为能源媒体的氢能体系中，
氢的贮存与运输是实际应用中的关键。
贮氢材料就是作为氢的贮存与运输媒 体而成为当前材料研究的一个热点项目。
4
贮氢材料(Hydrogen storage materials)是在通常条件下能可逆地大量
吸收和放出氢气的特种金属材料。
5
贮氢材料的作用相当于贮氢容器。
贮氢材料在室温和常压条件下能迅速
23
氢在各种金属中的溶解热H(kcal/mol)
24
可见IA-IVA族金属的氢的溶解热是负
(放热)的很大的值，称为吸收氢的元素；
VIA--VIII族金属显示出正(吸热)的值 或很小的负值，称为非吸收氢的元素； VA族金属刚好显示出两者中间的数值。
25
2、金属氢化物的能量贮存、转换
金属氢化物可以作为能量贮存、转换
的斜率可求
出 H，由直
平 衡 氢 压 ／
线在lnp轴上
的截距可求
Mpa
出 S。
各种贮氢合金的平衡氢压与温度的关系 (Mm为混合稀土合金) 52
300K时，氢气的熵值为31cal/K.mol.H2，
与之相比，金属氢化物中氢的熵值较小，即
式：
mn MH n ( ) H 2 MH m 2
p3 p2
p1
C p1 B n2 n1 A 对应一个M原子的氢原子数/n
2 M (固) H 2 (气, p ) n
在下面的反应：
吸氢,放热
放氢,吸热
2 MH n (固) H n
完成之前，压力为一定值。
47
若相成分为n， 相成分为m，则在温
度T1时等压区域里的反应为：
mn MH n ( ) H 2 MH m 2
储氢材料
储氢材料的应用
一、载热系统 二、载电系统 三、设计制造成“氢库”储存氢 * 代替汽车、火车、飞机的油箱做动力源 *作为“油库”，随时供氢。 四、分离净化氢 *通过反复的吸、放氢可以得到高纯氢 五、氢化反应的催化剂、去除水中溶氧、制造氢 能电池
储氢材料的前景
最近美国特拉华大学的科学家制备了一种新的储氢材 料——碳化鸡毛纤维，该材料直径为6mm,比表面积可 达到100-450m2/g,孔体积为0.06-0.2cm3/g，孔径小于 1nm,成本是目前所有储氢材料中最廉价的，可接近能 源部的氢气系统成本标准。 相信在不久的将来储氢材料在汽车领域将走向实际应 用，并掀起一场全世界的环保革命。
金属有机骨架化合物
在不同的MOF化合物中，无机的金属基团一般都是四面体，不同的只是连接各四 面体的多元有机酸分子。用直线结构的二元酸（如对苯二甲酸）连接，可以得到 立方体形状的空穴；如果用平面三角结构的三元羧酸，就可以得到八面形状的空 穴（如图9）。不同连接体造成空穴的直径也不等。在较大的空穴中加入金属原子 或C60等物质填充（如图10），可以引入不同的作用力，这对于储氢可能会有帮助。 MOF之间的结构差异基本上由连接体决定，于是人们只通过替换有机酸分子就可 以随心所欲地生产出各种孔径的微孔材料，这对于优化微孔材料的储氢性能是一 个莫大的便利。
物理吸附材料
纳米碳材料 沸石 金属有机骨架化合物等。
储氢材料储氢原理
现以LaNi5(化学吸附材料)和金属有机骨架化合物 （物理吸附材料）为例。 许多金属及合金都有可逆吸收打量氢气的能力。氢气 与金属或合金反应形成氢化物的热力学可以用压力组成等温线来描述（LaNi5的数据）主体金属先以固 溶体形式溶解一些（ α 相 ）。当压力及金属中原子 氢的浓度增大时，局部氢原子相互作用变得显著，此 时就能观察到氢化物（ β 相 ）的成核与生长。两相 共存时，等温线出现一段平台期，其长度决定了在较 小压力变化下有多少H2能够被可逆地储存。在纯 β 相中，随浓度增加，H2的压力陡然上升。在更高的 H2压力下，会有另外的平台期和氢化物相形成。两 相共存区域终止于临界温度（TC），在此温度之上 相变没有平台期。
储氢材料概述范文
储氢材料概述范文储氢材料是指能够储存和释放氢气的物质。
随着氢能源的广泛应用，储氢材料的研究和开发已经成为一个热门领域。
本文将对目前常见的几种储氢材料进行概述，并探讨其优缺点及应用前景。
1.吸附储氢材料：吸附储氢材料是将氢气吸附在其表面上的材料。
常见的吸附储氢材料包括活性炭、金属有机框架（MOF）和多孔有机聚合物（POPs）。
吸附储氢材料的优点是具有较高的氢气储存密度和良好的可逆性，但其缺点是在吸附和释放过程中需要较高的温度和压力。
2.吸氢合金材料：吸氢合金材料是由金属和氢气形成化合物所构成的材料。
吸氢合金材料具有很高的氢气质量分数，能够在相对较低的温度和压力下吸附和释放氢气。
其中，铁、镁和钛等金属是常用的吸氢合金材料。
然而，吸氢合金材料的缺点是储氢量较低，且氢气的吸附和释放速度较慢。
3.化学储氢材料：化学储氢材料是通过在材料中形成化学键来储存氢气的。
常见的化学储氢材料包括金属氢化物、氮化物和储氢合金。
这些材料具有较高的储氢密度，但释放氢气时需要较高的温度和压力。
此外，化学储氢材料在储氢和释放过程中会有副产物生成的问题，需要进一步处理。
4.硼类材料：硼类材料包括硼氢化物和硼氮化物等。
这些材料具有很高的储氢密度，可以在相对较低的温度和压力下吸附和释放氢气。
硼类材料作为一种储氢材料具有潜在的应用前景，但其储氢和释放速率以及可逆性仍然需要进一步改进。
总结来说，吸附储氢材料、吸氢合金材料、化学储氢材料和硼类材料是目前常见的储氢材料。
各种储氢材料具有不同的特点和应用场景，在氢能源的开发和应用中有着重要的地位。
未来的研究还需要进一步提高储氢密度、降低储氢和释放的温度/压力要求，并解决副产物生成等问题，以实现储氢材料的可持续发展。
储氢材料名词解释
储氢材料名词解释
嘿，朋友！咱今儿来聊聊储氢材料。
你知道吗，储氢材料就像是一
个超级大口袋，专门用来装氢气的呢！比如说，金属氢化物，这玩意
儿就像是一个神奇的小盒子，能把氢气紧紧地“抱”在怀里。
想象一下，氢气就像是一群调皮的小精灵，到处乱跑，而储氢材料呢，就是那个能把它们都收服的厉害角色。
像一些合金，它们可厉害了，能把氢气储存起来，需要的时候再放出来，这不就跟咱存钱到银行，要用的时候再取出来一样嘛！
还有那些有机储氢材料，它们就像柔软的海绵，能吸纳好多好多的
氢气呢。
你说神奇不神奇？咱生活中很多地方都需要氢气，那怎么能
没有好的储氢材料来帮忙呢。
我记得有一次，在实验室里，大家都在研究各种储氢材料。
有个小
伙伴拿着一块金属氢化物，兴奋地说：“看呀，这就是我们的秘密武器！”大家都笑了起来。
这就好比一场战斗，储氢材料就是我们手中的
利器，能帮我们解决很多问题呢。
你说要是没有储氢材料，那我们的氢能汽车怎么跑起来呀？那不是
成了没油的汽车，只能干瞪眼了嘛！储氢材料就是氢能发展的关键呀，没有它，好多美好的设想都没法实现呢。
所以呀，储氢材料真的超级
重要，我们可得好好研究它，让它发挥更大的作用！我的观点就是，
储氢材料是未来能源领域不可或缺的一部分，我们要重视它，不断探索和创新，让它为我们的生活带来更多的便利和惊喜！。
第三章 储氢材料
26
2）共价型氢化物也称分子型氢化物。
由氢和ⅢA～ⅦA族元素所形成。其中与ⅢA
族元素形成的氢化物是缺电子化合物和聚合型氢化
物，如乙硼烷B2H6，氢化铝(AlH3)n等。各共价型 氢化物热稳定性相差十分悬殊，氢化铅PbH4，氢 化铋BiH3在室温下强烈分解，氟化氢，水受热到 1000℃时也几乎不分解。共价型氢化物也有还原性
出氢气，使溶液呈强碱性，如：
CaH2+2H2O→Ca(OH)2+2H2↑ 在高温下还原性更强，如：
NaH+2CO→HCOONa+C
2CaH2+PbSO4→PbS+2Ca(OH)2
2LiH+TiO2→Ti+2LiOH
24
离子型氢化物可由金属与氢气在不同条件下 直接合成制得。除用做还原剂外，还用做干燥 剂、脱水剂、氢气发生剂，1kg氢化锂在标准状 态下同水反应可以产生2.8m3的氢气。在非水溶 剂中与+Ⅲ氧化态的B(Ⅲ)，Al(Ⅲ)等生成广泛用 于有机合成和无机合成的复合氢化物，如氢化 铝锂：
化合物，这类氢化物组成不符合正常化合价规
律，如，氢化镧LaH2.76，氢化铈CeH2.69，氢化 钯Pd2H等。它们晶格中金属原子的排列基本上 保持不变，只是相邻原子间距离稍有增加。因
氢原子占据金属晶格中的空隙位置，也称间充
型氢化物。过渡型氢化物的形成与金属本性、
温度以及氢气分压有关。
它们的性质与母体金属性质非常相似，并
对汽车来讲，氢气的存储应当密度高、轻 便、安全而且经济。
一台装有24kg汽油可行驶400km的发动机， 行驶同样的距离，靠燃烧方式需消耗8kg氢， 靠电池供能则仅需4kg氢。而4kg的氢气在室 温和一个大气压下体积为45m3，这对于汽车 载氢是不现实的。
储氢材料
储氢材料(hydrogen storage material)一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。
20世纪70年代以后，由于对氢能源的研究和开发日趋重要，首先要解决氢气的安全贮存和运输问题，储氢材料范围日益扩展至过渡金属的合金。
如镧镍金属间化合物就具有可逆吸收和释放氢气的性质：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!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!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。
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。
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。
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,无爆炸危险、可得到高纯氢,提高氢的附加值。
储氢材料技术现状金属氢化物金属氢化物储氢优点：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目前研制成功的有稀土镧镍系、钛铁系、镁系、钛/锆系、稀土镧镍系、储氢合金稀土镧镍系典型代表:LaNi5 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/氢电池钛铁系典型代表:TiFe,价格低室温下可逆储放氢易被氧化活化困难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处理镁系典型代表:Mg2Ni 储氢容量高、资源丰富、价格低廉、放氢温度(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 Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4活性好用于:氢汽车储氢,电池负极但是储氢合金技术在大规模的工业应用中也有一定的缺陷，由于氢本身会使材料变质，如氢损伤、氢腐蚀、氢脆等。
储氢材料
目
录
一、能源现状 二、储氢材料 三、储氢材料应用
四、储氢材料未来发展趋势
能源现状
能源现状
传统能源
化石燃料：煤、石油、天然气等。 优点：浓缩能源； 易储存； 易运输。
缺点：不可再生资源；
无法满足消耗增长率； 破坏环境； 军事冲突。
能源现状
新能源
新能源：太阳能、风能、核能、地热能、海洋能、生物能、
储氢材料
储氢合金应具备的条件
①高的储氢容量。 ②氢化物的生成热适当。
③平衡氢压适中。
④吸、放氢速度快。
⑤容易活化。
⑥良好的抗气体杂质中独特性。 ⑦长期循环稳定性。 ⑧原材料资源丰富，价格便宜。
储氢材料
储氢材料
2.液态有机物储氢材料
有机液体氢化物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一 对可逆反应，即加氢和脱氢反应来实现的。
平衡压差驱动氢气流动，使两种氢化物分别处于吸氢（放热） 和放氢（吸热）状态，从而达到增热或制冷的目的。 优点：①可利用废热、太阳能等低品位的热源驱动热泵工作。 ②系统通过气固相作用，无磨损、无噪声。 ③系统工作范围大，温度可调。 ④可达到夏季制冷、冬季供暖的双效目的。
储氢材料的应用
金属氢化物氢压缩机
缺点：氢流量受合金吸收、释放氢的循环速度限制。
储氢材料的应用
制取高纯度氢气
基本原理：含有杂质的氢气与储氢合金接触，氢气被 吸收，而杂质则被吸附于合金表面，除去杂质后，再
使氢化物放氢，则可得到高纯度的氢气，其纯度可高
达99.9999%。
TiMn1.5和稀土系储氢合金是应用效果较为理想的。
储氢材料的应用
究, 各种纳米管材料、金属有机物多孔材料等都具有非常
储氢材料的要求
储氢材料的要求储氢材料（hydrogenstoragematerials）是指有能力储存气态氢的一类合成材料，它们具有天然或合成形式，可以把气态氢变成一种有价值的可贮存形式，以满足日益增长的能源和化学需求。
随着技术不断发展，特别是活性材料的投入，储氢材料的质量和应用也日益提高。
储氢材料的要求不仅仅是高效能，而且是安全、可靠、低成本以及可重复使用。
首先，储氢材料需要具备高储存效率和安全性。
氢气存储效率依赖于材料的孔隙度和孔径等特性。
选择储氢材料的原则是采用具有较高孔隙度和较大孔径的材料，既可以容纳更大的氢气，又可以使氢气在储存过程中充分分解，以达到较高的储存效率。
此外，为了保证储存的安全性，储氢材料需要具有高的抗腐蚀性，特别是抗氢气腐蚀性，以及抗温度变化的能力。
从这个角度出发，储氢材料通常要求具备良好的耐温性、耐压性以及机械强度等性能。
其次，储氢材料要求低成本。
目前，储氢材料研发仍处于起步阶段，因此运用大量新材料及新工艺，成本较高。
因此，储氢材料最理想的情况是用低成本的原料，用最简单的工艺实现最大的储氢量，从而使成本最小化。
另外，储氢材料的制备过程也要求在小规模上实现较高的可控性。
最后，储氢材料还要求可以重复使用。
储氢材料的可重复使用性是较为重要的一项要求，它是指材料能够在多次使用过程中，保持其储氢性能的稳定性及可靠性。
可重复使用的储氢材料在电池及燃料电池工程中有着特殊的应用，这也要求储氢材料具备较高的容重、应变尺寸及耐冲击等特性。
综上所述，储氢材料要求包括高效能、安全可靠、低成本以及可重复使用等。
这些要求的实现将需要全面的研究和开发，特别是涉及到活性材料的应用，材料的设计和加工等诸多方面。
如果能得到满足，储氢材料有可能成为目前交通、航空及能源行业的一个新兴应用领域，它们可以有效地满足人们对高效、安全、低成本、可再生能源的需求。
新型材料
贮氢材料（hydrogen storage material）概述贮氢材料(hydrogen storage material)是在一般温和条件下，能反复可逆地(通常在一万次以上)吸入和放出氢的材料。
又称贮氢合金或储氢金属问化合物。
在一定温度和氢气压强下能迅速吸氢，适当加温或减小氢气压强时又能放氢的材料。
多为易与氢起作用的某些过渡族金属、合金或金属间化合物。
由于这些金属材料具有特殊的晶体结构，使得氢原子容易进入其晶格的间隙中并与其形成金属氢化物。
其贮氢量可达金属本身体积的1000～1300倍。
氢与这些金属的结合力很弱，一旦加热和改变氢气压强，氢即从金属中释放出来。
氢在金属中的这种吸收和释放，取决于金属和氢的相平衡关系，并受温度、压强和组分的制约。
通常，贮氢材料的贮氢密度很大，甚至高于液态氢密度。
某些过渡金属、合金和金属间化合物，由于特殊的晶体结构，使氢原子容易进入其晶格间隙中并形成金属氢化物，因此储氢量很大，可贮存比其本身体积大1000～1300倍的氢，当加热时氢就能从金属中释放出来。
氢在金属中的这种吸入和释放，取决于金属和氢的相平衡关系并受温度、压力和组分的制约。
通常，贮氢材料的贮氢密度都很大，比标准状态下的氢密度(5．4×1019at/cm3)高出几个数量级，甚至比液氢的密度(4．2×1022at/cm3)还高。
由于贮氢材料具有上述特性，用它储运氢气既轻便又安全，不仅无爆炸危险，还有可贮存时间长又无损耗等优点。
氢，普遍被认为是人类最理想的清洁的高密度能源，燃烧时只产生水而没有污染物，对环境保护有利。
但要实现氢能源体系，氢的贮存问题首先要顺利解决，因此研究贮氢材料特别重要。
简史60年代末，美国布鲁海文国家实验室首先发现镁镍合金具有吸氢特性。
几乎同时，荷兰菲浦实验室在研究作为磁性材料IaNi5的性能时，偶然发现LaNi5能大量可逆吸、放氢的性能。
1974年日本松下电器公司发现钛锰合金具有极高的吸氢能力。
浅谈储氢材料
储氢材料的背景人类社会发展进步到今天，生活现代化了。
但是由于资源的大量开发、使用，使人类面临着全地球的能源危机和环境污染问题。
长期以来，地球上的主要能源煤炭、石油、天然气现在已面临枯竭的境地。
在能源危机警钟响起时，人们把注意力集中到太阳能、原子能、风能、地热能等新能源上。
但是要使这些自然存在形态的能量转变为人们直接能使用的电能，必须要把它们转化为二次能源。
那么最佳的二次能源是什么呢?氢能就是一种最佳的二次能源。
氢是地球上一种取之不尽的元素。
用电解水法取氢就是氢元素的广阔源泉。
氢是一种热值很高的燃料。
燃烧1千克氢可放出62.8千焦的热量，1千克氢可以代替3千克煤油。
氢氧结合的燃烧产物是最干净的物质--水，没有任何污染。
未来最有前途的燃料电池也主要是以氢为能源。
所以人们很自然地把注意力集中在氢能源的开发和利用上。
要利用好氢能源。
摆在人们面前的问题是如何把氢储存、运输和利用。
氢的来源非常丰富，若能从水中制取氢，则可谓取之不尽、用之不竭。
氢能的利用，主要包括两个方面：一是制氢工艺，二是储氢方法。
传统储氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1％，而且还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，将气态氢降温到－253 0C变为液体进行储存，但液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化。
近年来，一种新型简便的储氢方法应运而生，即利用储氢合金（金属氢化物）来储存氢气。
储氢材料的定义储氢材料是一种能够储存氢的材料，储氢材料是能与氢反应生成金属氢化物的物质，（狭义）具有高度的吸氢放氢反应可逆性；（广义）储氢材料是能够担负能量储存、转换盒输送功能的物质，“载氢体”、或“载能体”研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。
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热催化加氢
反应须在高温和高压发生
①不需要高温和高压，反应条件温和
电化学
②化学吸附氢量可以通过电流密度或电压控制 ④主要的不利之处在于还原产物与电解液的分离
催化加氢 ③ 控制电催化加氢阴极催化剂上的电势可避免毒物的吸附
电催化加氢可在温和的条件下进行，具有 很好的应用前景。
研究方法
晶面上的ECH反应：在单晶电 极上，人们研究了苯在Pt 电极 上的ECH反应
储氢合金材料 储氢合金制作的储氢装置
37
LaNi5合金
干燥
反应产物分离
La2O3+10Ni+3CaH2
2LaNi5+3Ca+3H2
特点：原料为氧化物，价格便宜，成本低。
无需高温反应设备
还原后产物为金属粉末，无需破碎等加工工艺。
2.2.2金属储氢材料的研究方法
镁系储氢合金 主要有镁镍、镁铜、镁铁、镁钛等合金。 优点：储氢能力大（5.1％～5.8％wt）、价廉。 缺点：放氢温度高（>250℃）,适合高温使用。 改进方法：机械合金化－加TiFe和CaCu5球磨或复合 稀土系储氢合金 主要是镧镍合金 优点：容易活化，在40℃以上放氢速度好 缺点：成本高
2.3.3 性能及影响因素
目前碳纳米管储氢的机理还未完 全研究清楚，但对与吸附性储氢材料 来说，储氢能力与多孔结构和较大的 比表面积有关。
储氢性能比较
多壁纳米碳管电极循环 单壁纳米碳管循环充放电曲线， 充放电曲线，经过 100充 几种碳纳米管储氢量与 经过LaNi 100充放电后 5的比较 保持最大容量 放电后 保持最大容量的 的80％ 70％
多壁纳米碳管TEM照片
2.3.2碳纳米管材料的制备及研究方法
制备方法
电弧法
气相沉积法
低分子化合物 低分子量烷烃 、苯
气相生长
加载气（H2）金属微粒催化剂 1000~1400°C
碳纤维（纳米管） 石墨化 2000~3000°C 石墨纤维
表面处理 产品
研究方法
优点 储氢量大，可以循环多次使用。 存在的问题 世界范围内所测储氢量相差太大：0.01（wt）%67 （wt）%,如何准确测定？ 储氢机理如何？ 难以通过反应条件的优化制得具有合适微孔体积 和微孔形状的材料。
Ti1.2Mn1.8H2.47
TiCr1.8 ZrMn2 ZrV2 TiFe
Mg2Ni
AB
A2B
位体积储氢量可达 TiCr1.8H3.6 2.4 3 88 和 101.2 千克 / 米 ZrMn2H3.46 1.7 相当于本身体积的 1000 ZrV2H4.8 2 倍以上
TiFeH1.95
Mg2NiH4.0
气体雾化
铸锭 热处理 初 碎
中 碎 磨 粉 表面处理
储氢合金粉
氢化燃烧合成法（HCS）：以镁镍合金为例
氢化燃烧合成法制备镁镍储氢合金是在高压氢气 气氛下,直接从金属Mg、Ni 混合粉末(或压坯) 合成 技术。属于自放热的固相反应。
Mg + H2 = MgH2 , ΔHo = - 7415kJ· mol - 1 (1) 2Mg + Ni = Mg2Ni , ΔHo = - 372kJ· mol - 1 (2) Mg2Ni + H2 = Mg2NiH4 , ΔHo = - 6414kJ· mol - 1 (3)
Al的影响 ：
利：含有Al元素 的储氢合金，易 在表面形成致密 的Al2O3薄膜，可 以阻止合金内部 金属被进一步氧 化，起到保护作 用。使储氢寿命 增加。 弊：Al部分代替Ni 会导致AB5型合金 容量的显著下降， 故一般在合金中Al 量控制再0.4以下。 又因为Al2O3薄膜 阻碍了氢原子向合 金内部扩散，使放 氢速度降低。
1.8
1.8
3.6
2.2.2金属储氢材料的制备及研究方法
制备方法
熔炼法
氢化燃烧合成法 (HCS)
还原扩散法
熔炼法
原材料 表面清理 感应熔炼
Mm、 Ni、Co、Mn、Cu、Al 等或Ti、
Zr、La、Mg、Ca、Mn等（纯度99.9%）
1600°C (Ar气氛或真空） 熔体淬冷 （Ar气氛或真空） 20mm~40mm（Ar气氛） 40mm~1-3mm（Ar气氛） -200目（Ar气氛） pcT性能，电性能 性能检测 注：虚线框为不一定处理工序
材料科学与化学工程学院
储 氢 材 料
The brief introduction of hydrogen storage materials
什么是储氢材料？
在适宜的温度和压力条件下能大量吸收或 释放氢气的材料，可作为储氢材料。
储氢性能参数
重量百分率（wt%） wt％== 体积比
×100％ H2的质量＋储氢材料质量 H2的质量
测得的晶体密度为0.21～0.41g/cm3，是 目前所报道的储氢材料中最轻的 具有的立方微孔具有统一的大小和形状
具有很大表面积 可以在室温、安全的压力（<2MPa）下 快速可逆地吸收大量的氢气
2.4.2 多孔聚合物材料制备及研究方法
制备方法
用微波催 化形成大 环的聚合 物。
这类材料的制备方法简便、快捷。已经 报道的合成方法有蒸气扩散法，水热合成法 以及直接合成法。
应用领域
总结展望
1.背景介绍
氢：二十一世纪最重要 绿色能源！
一次能源 二次能源 氢 气 电 力 最终用户 汽车、飞机、船舶
太阳能
风 能
海洋能 地热能
工业、农业、民生
21世纪能源结构体系
1.背景介绍
氢能源的优点： 资源无限：氢是自然界中存在最普遍的元素， 不受资源限制。 高燃烧值：氢是除核燃料以外燃烧值最高的燃 料,为 (1.21~1.43)×105 kJ〃kg-1 而且燃烧产物是H2O. 用途广泛：可直接用于发动机燃料、化工原 料、燃料电池、结构材料等。
新研究方法
2.5.3 有机液体储氢性能及影响因素
3. 储氢材料的应用
3.1 储存和运输氢气 3.2 回收分离、和净化氢气
3.3 制冷或采暖设备
3.4 制作热传感器
氢气 储氢材料已经被用于氢气的运输， 而目前市场上主要出售的，也是应用 最广泛就是储氢合金。
氢能源应用的关键技术 ： 开发廉价而又高效的制氢技术 安全高效的储氢技术
2.1分类介绍
储氢技术
液化 储氢 高压 储存
金属储 氢材料
非金属 材料
有机液 体储氢
苯 和 甲 苯
镁 系
稀 土 系
钛 系
锆 系
铁 系
物 理 吸 附 形 式
非 金 属 氢 化 物
碳纳 米管
多孔聚 合物
2.2 金属储氢材料
2.3.1碳纳米管储氢材料简介
碳纳米管 CNTs，Carbon Nanotubes 是一种主要 由碳六边形弯曲处为碳五边形和碳七边形组成的单 层或多层纳米管状材料。1991年日本NEC公司Iijima 教授最先发现碳纳米管。
分为单壁碳纳米管（SWNT）和多壁碳纳米管 （MWNT）。
单壁纳米碳管束TEM照片
b. 熔体冷却条件
冷却类型：正常冷却（NC） 快速冷却（FC） 迅速淬冷（RQ） 部分RQ合金在950°C下退火12h（RQ/HT）
70 高 倍 率 放 电 效 率 （ 68 67 64
60
55
5c\0.2c \%
）
50
NC FC RQ RQ/HT
冷却速度对电极的高倍率放电效率（HRDE）的影响
2.3 碳纳米管材料
V氢气：V储氢材料
电化学容量 (mA〃h)/g
提
纲
背景简介 分类介绍
1. 2. 3. 4. 5.
1. 2. 3. 4. 5. 6.
储氢材料的分类 金属储氢材料 碳纳米管材料 多孔聚合物材料储氢 有机液体材料
储存和运输氢气 回收分离、和净化氢气 制冷或采暖设备 制作热传感器 燃料电池 氢能汽车
14
2.2.3金属储氢材料的性能及影响因素
B 原子 B 原子 添加原子
A 原子
A 原子
氢原子
氢——四面体结构
氢原子
氢——八面体结构 三元体系
15
二元体系
2.2.3金属储氢材料的性能及影响因素
影响性能的因素主要有： a、组成
b、熔体冷却条件 a. 元素组成的影响：以La-Ni-Al系列为例
Ni的影响 ：
2.4.2 多孔聚合物材料制备及研究方法 研究方法
MOF-5的分子结构和晶胞堆积示意图
2.4.3 多孔聚合物材料性能影响因素
MOF-5的吸附等温线78K
MOF-5的吸附等温线298K
温度、压力对其储氢性能的影响
2.5有机液体储氢
2.5.1 有机液体储氢材料简介
有机液体氢化物储氢是借助不饱和液体有机物与氢 的一对可逆反应,即加氢反应和脱氢反应实现的。加氢 反应实现氢的储存(化学键合),脱氢反应实现氢的释放 。不饱和有机液体化合物做储氢剂,可循环使用。
②储氢剂和氢载体的性质与汽油相似,储存、运 输、维护保养安全方便。特别是储存设施的简 便是传统储氢技术难以比拟
③可多次循环使用,寿命长达20年。
④加氢反应放出大量的热,可供利用。 缺点：有机液体储氢材料其缺点在于脱氢过程 困难，脱氢时需要耗去其贮能总量30%的能量!
2.5.2 有机液体储氢材料制备及研究方法
2.2.1金属储氢材料的分类
储氢合金按组成元素的主要种类分为:镁系、 稀土系、钛系、锆系、铁系五大类 。
按主要组成元素的原子比分为:AB5 型、AB2 型、 AB 型、A2B型，其中A是容易形成稳定氢化物的发热 型金属元素，B为难于形成氢化物的吸热型元素，且 A 原子半径大于B 原子半径。