第五章 储氢合金PPT课件
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储氢合金
平台压 吸氢形成含氢固溶体MHx （α相）
氢浓度
最大吸入量
储氢合金吸放氢的p-c-T曲线
金属储氢原理
储氢合金p-c-T曲线的特点：
温度较低，平台压降低，反应平台较宽； 温度高，平台压较高，反应平台较窄；
p-c-T曲线重要参数：
平台压；
平台宽度；
平台起始宽度； 平台滞后：吸氢时较高，放氢时较低。
储氢合金研究成果
• 目前，美国、西德、日本在氢能和储氢金属利用方面已接 近实用化。1979~1983年西德奔驰汽车公司氢做燃料在西 柏林和斯图加特进行了小型客车和货车的行车实验。据报 道，只要带上储氢量为5kg的280kgTiFe合金氢化物就能 行驶110km。 • 1980年，我国研制成功了第一辆氢汽车。 • 1985年10月，苏联也在莫斯科利用钛、铁、矾合金氢化 物进行了氢汽油混合燃料汽车的试验。 • 我国的稀土类资源占世界首位，工业总储量为各国总储量 的5倍，为发展稀土储氢金属开辟了广阔的前景。近年来， 我国在储氢金属研制方面取得了重大的进展，一些产品的 性能已达到国外同类产品的水平。
稀土系储氢合金
• 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
贮氢合金
特点
特点
具备下列条件才有实用价值 具有实用价值的吸氢合金，一般应具备下列条件： 1）易活化，吸氢量大； 2）用于储氢时生成热尽量小，而用于蓄热时生成热尽量大； 3）在一个很宽的组成范围内应具有稳定的合适平衡分解压（室温储氢的分解压约2—3个大气压为宜）； 4）氢吸收和分解过程中的平衡压差(即滞后)小； 5）氢的俘获和释放速度快； 6）金属氢化物的有效热导率大； 7）在反复吸放氢的循环过程中，合金的粉化小，性能稳定性好； 8）便宜。
应用
应用
在研和已投入使用的贮氢合金主要可分成：镁系、稀土系、钛系几类。主要的应用领域包括： 1）氢的贮存、净化和回收； 2）氢燃料发动机； 3）热—压传感器和热液激励器； 4）氢同位素分离和核反应堆中的应用； 5）空调、热泵及热贮存； 6）加氢及脱氢反应催化剂； 7）氢化物—镍电池 。
谢谢观看
贮氢合金
用于大型电池的合金
01 定义
03 特点
目录
02 原理 04 应用
基本信息
贮氢合金是一种新型合金，一定条件下能吸收氢气和能放出氢气。循环寿命性能优异，并可被用于大型电池， 尤其是电动车辆、混合动力电动车辆、高功率应用等等。
定义
Hale Waihona Puke Baidu
定义
一种能可逆贮存氢气的贮氢合金，其组成是TiaVbCrcAldMe，式中M为Cu，Fe，Co，Ni，Si，Sn，Mo，W中 的至少一种元素或两种元素，1.0≤a≤1.6，0.2≤b ≤1.0，1.0≤c≤1.6，0.01≤d≤0.5，0.01≤e≤0.5。本 发明的贮氢合金可以用真空电弧炉及真空中频感应炉熔炼，可以采用真空吸铸的方法浇注。熔炼的合金易活化， 最高贮氢容量达4.0wt%，合金适合用作氢气净化器合金和燃料电池氢源合金。
储氢合金PPT
重影响其使用性能。 滞后应越小越好
元素周期表中，除He、 Ne、Ar等稀有气体外，几乎所有的元素均能与氢 反应生成氢化物或含氢化合物。
氢与碱金属、碱土金属反应，一般形成离子型氢化物，氢以H- 离子形式与
金属结合的比较牢固。氢化物为白色晶体，生成热大，十分稳定，不易于
氢的储存。
大多数过渡金属与氢反应，则形成不同类型的金属氢化物，氢表现为H-与 H＋之间的中间特性，氢与这些金属的结合力比较弱，加热时氢就能从这 些金属中放出，而且这些金属氢化物的储量大，但单独使用一种金属形成
氢的贮存
传统贮氢方法有两种： ①气态储氢：一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来贮存氢气， 但钢瓶贮存氢气的容积小，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； ②液态储氢：另一种方法是贮存液态氢，将气态氢降温到－ 253℃变为液体进行贮存，但液体贮存箱非常庞大，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，一种新型简便的贮氢方法应运而生，即利用贮氢合金 （金属氢化物）来贮存氢气。
制氢技术
全球年产氢：5000亿Nm3
合成氨：50％ 石油精练：37％
化石燃料制氢占96%
甲醇合成：8％
制氢技术
1) 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法 成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决 2) 生物质为原料制氢 光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题 3) 水分解制氢 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳 能的收集、高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解 决的问题。 4）光催化制氢 效率低，需要寻求新型、高效的光催化材料。
元素周期表中，除He、 Ne、Ar等稀有气体外，几乎所有的元素均能与氢 反应生成氢化物或含氢化合物。
氢与碱金属、碱土金属反应，一般形成离子型氢化物，氢以H- 离子形式与
金属结合的比较牢固。氢化物为白色晶体，生成热大，十分稳定，不易于
氢的储存。
大多数过渡金属与氢反应，则形成不同类型的金属氢化物，氢表现为H-与 H＋之间的中间特性，氢与这些金属的结合力比较弱，加热时氢就能从这 些金属中放出，而且这些金属氢化物的储量大，但单独使用一种金属形成
氢的贮存
传统贮氢方法有两种： ①气态储氢：一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来贮存氢气， 但钢瓶贮存氢气的容积小，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； ②液态储氢：另一种方法是贮存液态氢，将气态氢降温到－ 253℃变为液体进行贮存，但液体贮存箱非常庞大，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，一种新型简便的贮氢方法应运而生，即利用贮氢合金 （金属氢化物）来贮存氢气。
制氢技术
全球年产氢：5000亿Nm3
合成氨：50％ 石油精练：37％
化石燃料制氢占96%
甲醇合成：8％
制氢技术
1) 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法 成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决 2) 生物质为原料制氢 光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题 3) 水分解制氢 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳 能的收集、高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解 决的问题。 4）光催化制氢 效率低，需要寻求新型、高效的光催化材料。
储氢材料
氢燃烧后生成的产物是H2O,具有零污染的特点。
氢能源利用面临的问题：
（1）廉价氢源制取； （2）安全可靠的储氢技术和输氢方法
背景
制氢技术 1) 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法 成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决 2) 生物质为原料制氢 光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题 3) 水分解制氢 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而， 太阳能的收集、高品质热能和电能的产生方法，都 是首先要解决的问题。 4）光催化制氢 效率低，需要寻求新型、高效的光催化材料
储氢合金原理
吸放氢反应的详细过程（三步） 第一步：先吸收少量氢， 形成含氢固溶体— MHx（α 相）， 合金结构保持不变； 第二步：固溶体进一步与氢反应，产生相变（结构 改变） 生成氢化物相—MHy（β相）； 第三步：继续提高氢压，金属中的氢含量略有增加;
正向反应：吸氢，放热； 逆向反应：放氢，吸热； 实现条件：改变温度、压力。
金属晶体结构中的八面体和四面体位置
Hale Waihona Puke Baidu
储氢合金应用
储氢合金分类 1、稀土系储氢合金 稀土系储氢合金以LaNi5 为代表, 可用通式AB5 表示, 具有 CaCu5 型六方结构。 2、钛系储氢合金 目前己发展出多种钛系储氢合金, 如钛铁、钛锰、钛铬、钛锆、 钛镍、钛铜等, 它们除钛铁为AB 型外,其余都为AB2 型系列合金。 FeTi 合金是AB 型储氢合金的典型代表, 具有CsCl 型结构。 3、镁系储氢合金 镁系储氢合金一般为A2B型储氢合金以Mg2Ni为代表。 4 、锆系储氢合金 锆系合金以ZrV2、ZrCr2、ZrM n2 等为代表, 可用通式AB2 表 示, 典型的结构是立方的Cl5 型和六方的Cl4 型。
氢能源利用面临的问题：
（1）廉价氢源制取； （2）安全可靠的储氢技术和输氢方法
背景
制氢技术 1) 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法 成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决 2) 生物质为原料制氢 光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题 3) 水分解制氢 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而， 太阳能的收集、高品质热能和电能的产生方法，都 是首先要解决的问题。 4）光催化制氢 效率低，需要寻求新型、高效的光催化材料
储氢合金原理
吸放氢反应的详细过程（三步） 第一步：先吸收少量氢， 形成含氢固溶体— MHx（α 相）， 合金结构保持不变； 第二步：固溶体进一步与氢反应，产生相变（结构 改变） 生成氢化物相—MHy（β相）； 第三步：继续提高氢压，金属中的氢含量略有增加;
正向反应：吸氢，放热； 逆向反应：放氢，吸热； 实现条件：改变温度、压力。
金属晶体结构中的八面体和四面体位置
Hale Waihona Puke Baidu
储氢合金应用
储氢合金分类 1、稀土系储氢合金 稀土系储氢合金以LaNi5 为代表, 可用通式AB5 表示, 具有 CaCu5 型六方结构。 2、钛系储氢合金 目前己发展出多种钛系储氢合金, 如钛铁、钛锰、钛铬、钛锆、 钛镍、钛铜等, 它们除钛铁为AB 型外,其余都为AB2 型系列合金。 FeTi 合金是AB 型储氢合金的典型代表, 具有CsCl 型结构。 3、镁系储氢合金 镁系储氢合金一般为A2B型储氢合金以Mg2Ni为代表。 4 、锆系储氢合金 锆系合金以ZrV2、ZrCr2、ZrM n2 等为代表, 可用通式AB2 表 示, 典型的结构是立方的Cl5 型和六方的Cl4 型。
第五章__储氢合金
镁系储氢合金： Baidu Nhomakorabea系储氢合金：
要实现更高的储氢质量密度，只能靠钙、 要实现更高的储氢质量密度，只能靠钙、镁这样 的轻金属。 的轻金属。
使用复合材料，把两种成分的优点结合起来克服 使用复合材料， 其缺点，也是一种改善材料性能的途径。例如， 其缺点，也是一种改善材料性能的途径。例如，与石 墨一起球磨过或掺杂了氢化物的金属镁吸放氢速率都 较快。显而易见， 较快。显而易见，复合材料的储氢容量介于各成分之 间。
氢被人们视作化石燃料的最佳替代物。 氢被人们视作化石燃料的最佳替代物。因为氢在 物理和化学方面都体现出诸多优势： 物理和化学方面都体现出诸多优势： 氢具有很高的燃烧值。 (1) 氢具有很高的燃烧值。 单位质量的氢气所含的化学能（142MJ/kg） 单位质量的氢气所含的化学能（142MJ/kg）至少 是其他化学燃料的三倍。 是其他化学燃料的三倍。 (2) 氢在氧气中燃烧只产生水，预计不会对环境产生 氢在氧气中燃烧只产生水， 负面影响，是一种绿色的能源。 负面影响，是一种绿色的能源。 氢是地球上最丰富的元素之一。 (3) 氢是地球上最丰富的元素之一。 氢的燃烧能以高效和可控的方式进行。 (4) 氢的燃烧能以高效和可控的方式进行。由于历史 原因，人们曾认为氢的燃烧是难以控制的。 原因，人们曾认为氢的燃烧是难以控制的。氢气的无 毒和高挥发性也保证了其应用的安全。 毒和高挥发性也保证了其应用的安全。
镁镍储氢合金
选择那些使氢更容易进入间隙位置的替代元素，从
而有可能降低合金的吸放氢温度。
9
七、镁镍储氢合金材料电化学性 能应用研究现状
现在研究的重点是如何防腐以及提高循
环寿命！
10
八、镁镍储氢合金的应用
1、载热系统
2、载电系统 3、设计成“氢库”储存氢
4、分离净化氢
5、氢化反应的催化剂，去除水中的溶氧，制
6
四、Mg2Ni试验方法
原材料 加入到ss81—21中
镁（块状）
Mr=24
镍（块状)
Mr=58.69
频五芯感应炉（额 定功率75kw、额定 电压550V）中熔炼 （镁一般都按照 5%的富余计算）
7
五、Mg2Ni的制备工艺
先在炉子底部洒盖少量覆盖剂；
然后加镁，炉子升温，使镁熔化，待炉温达
造氢能电池
11
九、储氢材料
储氢材料仅有30年的发展历史 → 新型功能材料 发展迅速，受到各国政府的高度重视
美国能源部用于氢储存方面的研究经费约占氢能研究经费
的50%
日本政府制定的“新阳光计划”中，储氢技术是氢能发电
计划中的三大内容之一
我国早在“八五”国家863计划中就把储氢材料列为重点
镁镍储氢合金
1
2
3
一、储氢合金定义
储氢合金
2 2 MH x H 2 MH y Q yx yx
★: 正向反应：吸氢，放热； 逆向反应：放氢，吸热；
实现条件：改变温度、压力。
储氢合金吸放氢的热力学分析：
T1<T2 完全β相MHy 氢压力 极限溶解度 氢化物中H浓 度略有增加
金属储氢原理
p2
p1
A Βιβλιοθήκη Baidu入
T2
T1 放出 滞后 B α相与H2反应，生成 氢化物（β相），压 力不变。
镁系储氢合金
• 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
锆系储氢合金
• 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Ovinic
金属储氢材料应具备的条件
容易活化（氢由化学吸附到溶解至晶格内部），单位体积质量吸氢量大； 吸收和释放氢速度快，氢扩散速度大，可逆性好； 有平坦和宽的吸放氢平台，平衡分解压适中。用作储氢时，室温分解压为
0.2-0.3MPa, 做电池时为0.0001-0.1MPa.
★: 正向反应：吸氢，放热； 逆向反应：放氢，吸热；
实现条件：改变温度、压力。
储氢合金吸放氢的热力学分析：
T1<T2 完全β相MHy 氢压力 极限溶解度 氢化物中H浓 度略有增加
金属储氢原理
p2
p1
A Βιβλιοθήκη Baidu入
T2
T1 放出 滞后 B α相与H2反应，生成 氢化物（β相），压 力不变。
镁系储氢合金
• 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
锆系储氢合金
• 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Ovinic
金属储氢材料应具备的条件
容易活化（氢由化学吸附到溶解至晶格内部），单位体积质量吸氢量大； 吸收和释放氢速度快，氢扩散速度大，可逆性好； 有平坦和宽的吸放氢平台，平衡分解压适中。用作储氢时，室温分解压为
0.2-0.3MPa, 做电池时为0.0001-0.1MPa.
3.贮氢合金
氢能开发，大势所趋 3) 氢能的利用途径多－燃烧放热或电化学发电
4) 氢的储运方式多－气体、液体、固体或化合物
存在形式多 气态、液态、固态金属氢化物
氢将成为未来最重要的能源，从长远来看它将取代石油和天然气!
实现氢能经济的关键技术
1) 廉价而又高效的制氢技术
2) 安全高效的储氢技术：开发新型高效储氢材料和安全储氢技术是当务之急!! 车用氢气存储系统目标： IEA(International Energy Agency ): 质 量 储 氢 容 量 >5%; 体 积 容 量 >50kg(H2)/m3 DOE (Department of Energy ): 质量储氢容量>6.5%,> 62kg(H2)/m3
常规能源日益缺 乏 + 能源消耗继续增 长 新能源
清洁新能源
氢能开发，大势所趋 1) 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 2) 氢的热值高，燃烧产物是水－零排放，无污染，可循环利用
热值Leabharlann Baidu 氢的热值高于所有化石燃 料和生物质燃料，为汽油 热值的3倍。
清洁 氢本身无色无味无毒，燃烧生 成水，对大气无污染，并可循 环使用。
滞后程度的大小因金属和合金而异，如 MmNi5 （ Mm 是混合稀土）和 TiFe 系
氢化物的滞后程度较大。在热泵等金属氢化物的利用系统中，滞后效应严
稀土化学第五章贮氢材料
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)/m3 DOE(美国的) : >6.5%, > 62kg(H2)/m3
三大储氢方式
气态－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;
适合做储氢材料的主要是一些适当的金属键型氢化物。
绝大多数能形成单质氢化物的金属由于生成热 太大（绝对值）不适于作为储氢材料。通常要求储 氢合金的生成热为（-29.26~-45.98）kJ/mol H2。 为了获得合适的氢化物分解压与生成热，必是 由一种或多种放热型金属（Ti、Zr、Ce、Ta、V等） 和一种或多种吸热型金属（Fe、Ni、Cu、Cr等）组 成的金属间化合物，如LaNi5和TiFe。适当调整金 属间化合物成分，使这两类组分相互配合，可使合 金的氢比物具有适当的生成热和氢分解压。 其中有的过渡金属元素对氢化反应时氢分子分 解为氢原子的过程起着重要的催化作用。
LaNi4.85Mn0.15 0.13 LaNi4.56Mn0.44 0.01
贮氢合金与氢反应的热力学参数
0 1 2 3 4
4.2wt%
5
Hydrogen storage capacity (wt%)
车用氢气存储系统目标：
IEA : 质量储氢容量>5%; 体积容量>50kg(H2)/m3 DOE(美国的) : >6.5%, > 62kg(H2)/m3
三大储氢方式
气态－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;
适合做储氢材料的主要是一些适当的金属键型氢化物。
绝大多数能形成单质氢化物的金属由于生成热 太大（绝对值）不适于作为储氢材料。通常要求储 氢合金的生成热为（-29.26~-45.98）kJ/mol H2。 为了获得合适的氢化物分解压与生成热，必是 由一种或多种放热型金属（Ti、Zr、Ce、Ta、V等） 和一种或多种吸热型金属（Fe、Ni、Cu、Cr等）组 成的金属间化合物，如LaNi5和TiFe。适当调整金 属间化合物成分，使这两类组分相互配合，可使合 金的氢比物具有适当的生成热和氢分解压。 其中有的过渡金属元素对氢化反应时氢分子分 解为氢原子的过程起着重要的催化作用。
LaNi4.85Mn0.15 0.13 LaNi4.56Mn0.44 0.01
贮氢合金与氢反应的热力学参数
0 1 2 3 4
4.2wt%
5
Hydrogen storage capacity (wt%)
储氢合金
1
0.1
0.01
D-0.50H/M D-0.28H/M
D-dehydrid completely
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Hydrogen content / (H/M)
固溶体和氢化物的晶胞参数
c/a ratio
Lattice parameter/nm
2.50 2.49 2.48 2.47 2.46 2.45 2.44 2.43 2.42 2.41 2.40
H/M
0.2 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
H/M
Ⅲ La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5 合金的晶格应力和衰变机理
a
b
1
c
(c)
Equilibrium pressure /(MPa)
Intensity (a.u.)
(b)
0.1
(a)
* +*
+
*
hydride
*
solid solution
Equilibrium pressure /(MPa)
1
0.1
a
b
c
0.01
d
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.1
0.01
D-0.50H/M D-0.28H/M
D-dehydrid completely
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Hydrogen content / (H/M)
固溶体和氢化物的晶胞参数
c/a ratio
Lattice parameter/nm
2.50 2.49 2.48 2.47 2.46 2.45 2.44 2.43 2.42 2.41 2.40
H/M
0.2 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
H/M
Ⅲ La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5 合金的晶格应力和衰变机理
a
b
1
c
(c)
Equilibrium pressure /(MPa)
Intensity (a.u.)
(b)
0.1
(a)
* +*
+
*
hydride
*
solid solution
Equilibrium pressure /(MPa)
1
0.1
a
b
c
0.01
d
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
功能金属材料贮氢合金课件
其中有的过渡金属元素对氢化反应时氢分子分解为 氢原子的过程起着重要的催化作用。
功能金属材料贮氢合金课件
功能金属材料贮氢合金课件
第一节 金属的贮氢原理 二、金属氢化物的结构
贮氢合金
功能金属材料贮氢合金课件
4-2 面心立方与体心立方中的八面体与四面体结构
第一节 金属的贮氢原理
贮氢合金
Hydrogen on Tetrahedral Sites
第二节 贮氢合金材料
贮氢合金
一、稀土类及钙系贮氢合金 AB5型稀土类及钙系贮氢合金主要有以 下几个类型：
LaNi5系贮氢合金 MmNi5系贮氢合金 MlNi5系贮氢合金 CaNi5系贮氢功能金合属材金料贮氢合金课件
第二节 贮氢合金材料
贮氢合金
LaNi5
LaNi5是六方晶 格（晶格常数 a0=0.5017nm， c0=0.3982nm， c0/a0=0.794， V=0.0868nm3）， 其中有许多间隙 位置，可以固溶 大量的氢。
的平台压力、平台宽度与倾斜度、平台起始浓度 和滞后效应，既是常规鉴定贮氢合金的吸放氢性 能主要指标，又是探索新的贮氢合金的依据。
功能金属材料贮氢合金课件
第一节 金属的贮氢原理
贮氢合金
在吸收和释放氢过程中有金属-氢系的平衡压力不相 等的滞后现象。产生滞后效应的原因，目的还不太 清楚，但一般认为，它与合金氢化过程中金属晶格 膨胀引起的晶格间应力有关。滞后程度的大小因金 属和合金而异，如MmNi5（Mm是混合稀土）和 TiFe系氢化物的滞后程度较大。在热泵等金属氢化 物的利用系统中，滞后效应严重影响其使用性能。 滞后应越小越好
功能金属材料贮氢合金课件
功能金属材料贮氢合金课件
第一节 金属的贮氢原理 二、金属氢化物的结构
贮氢合金
功能金属材料贮氢合金课件
4-2 面心立方与体心立方中的八面体与四面体结构
第一节 金属的贮氢原理
贮氢合金
Hydrogen on Tetrahedral Sites
第二节 贮氢合金材料
贮氢合金
一、稀土类及钙系贮氢合金 AB5型稀土类及钙系贮氢合金主要有以 下几个类型：
LaNi5系贮氢合金 MmNi5系贮氢合金 MlNi5系贮氢合金 CaNi5系贮氢功能金合属材金料贮氢合金课件
第二节 贮氢合金材料
贮氢合金
LaNi5
LaNi5是六方晶 格（晶格常数 a0=0.5017nm， c0=0.3982nm， c0/a0=0.794， V=0.0868nm3）， 其中有许多间隙 位置，可以固溶 大量的氢。
的平台压力、平台宽度与倾斜度、平台起始浓度 和滞后效应，既是常规鉴定贮氢合金的吸放氢性 能主要指标，又是探索新的贮氢合金的依据。
功能金属材料贮氢合金课件
第一节 金属的贮氢原理
贮氢合金
在吸收和释放氢过程中有金属-氢系的平衡压力不相 等的滞后现象。产生滞后效应的原因，目的还不太 清楚，但一般认为，它与合金氢化过程中金属晶格 膨胀引起的晶格间应力有关。滞后程度的大小因金 属和合金而异，如MmNi5（Mm是混合稀土）和 TiFe系氢化物的滞后程度较大。在热泵等金属氢化 物的利用系统中，滞后效应严重影响其使用性能。 滞后应越小越好
储氢合金 PPT
❖有效地利用金属与氢的可逆反应，就可实现化学能(氢)、热 能(反应热)和机械能(平衡氢压)间的相互转换。
Chapter6 Metallic Materials
6
合金的吸氢反应机理
① H2传质 ② 化学吸附氢的解离
H22Had ③ 表面迁移 ④ 吸附的氢转化为吸收氢
① Had Habs 源自文库 氢在α相的稀固溶体中
❖贮实氢用合要金求能：解决氢气的安全贮存和运输问题。
① 容易最活早化发；现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气， 但②钯很储贵气，容缺量少高实；用价值。铷镧镍金属间化合物：每克镧镍合 金③能贮吸存放0氢.1速57度升快氢；气，略为加热，就可以使氢气重新释放出 来④。L反aN复i5吸是放镍氢基循合环金时，不铁易基粉合化金，可性用能作不储退氢化材；料的有TiFe， 每⑤克T有iF合e能适吸的收吸贮放存氢0平.18台升压氢力气；。其他还有镁基合金，如 Mg⑥2C吸u、放M氢g过2N程i等中，的都平较衡便氢宜压。差小，即滞后现象弱；
Chapter6 Metallic Materials
12
碳纳米管——迄今为止最好的储氢材料
碳纳米管储氢示意图（红点为氢原子）
Chapter6 Metallic Materials
13
贮氢材料的应用
① 贮氢容器
重量轻、体积小——氢以金属氢化物形式存在 于贮氢合金之中，密度比相同湿度、压力条件 下的气态氢大1000倍；
能源转换与储存材料PPT课件
如计算机，大至发电厂)； 5.发电量大小随日光强度而变； 6.太阳能电池未来与建筑物结合，将可普及化。
12:27
34
太阳能电池的应用：
我国在西藏、青海、内蒙、新疆、甘肃等地已安 装光伏发电系统48600余套，发电功率达10MW。
德国慕尼黑商贸中心在 其6座大厦的屋顶共安装 了 7812 个 组 件 ， 每 个 组 件有84个单晶硅太阳能 电池，总和峰值功率为 1.016MW ， 预 计 寿 命 20 年。
在光的照射下，半导体p-n结的两端产生电位差的 现象。
太阳能电池 利用太阳光直接发电的光电半导体薄片, 只要一 照到光, 瞬间就可输出电压及电流，称为太阳 能光电池 (Solar cell)，简称为太阳能电池。
12:27
11
太阳能电池原理：
空穴
电子
太阳能半导体晶片
N型区 P型区
N区
内电场
P区
12:27晶片受光照时空穴往P型区移动，电子往N型区移动 12
➢光解法制氢：利用太阳能，到海水中取氢， 大量制氢是最有希望的方向；
一次 能源
制氢
电解、光催化
氢能 利用
电池 汽车 热泵 传感器
氢能的储存与输送
12:27
39
➢氢的存储：难题
气体氢：主要用高压钢瓶，储氢量小， 储氢密度低，使用不方便
储存和输 送方式
12:27
34
太阳能电池的应用：
我国在西藏、青海、内蒙、新疆、甘肃等地已安 装光伏发电系统48600余套，发电功率达10MW。
德国慕尼黑商贸中心在 其6座大厦的屋顶共安装 了 7812 个 组 件 ， 每 个 组 件有84个单晶硅太阳能 电池，总和峰值功率为 1.016MW ， 预 计 寿 命 20 年。
在光的照射下，半导体p-n结的两端产生电位差的 现象。
太阳能电池 利用太阳光直接发电的光电半导体薄片, 只要一 照到光, 瞬间就可输出电压及电流，称为太阳 能光电池 (Solar cell)，简称为太阳能电池。
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太阳能电池原理：
空穴
电子
太阳能半导体晶片
N型区 P型区
N区
内电场
P区
12:27晶片受光照时空穴往P型区移动，电子往N型区移动 12
➢光解法制氢：利用太阳能，到海水中取氢， 大量制氢是最有希望的方向；
一次 能源
制氢
电解、光催化
氢能 利用
电池 汽车 热泵 传感器
氢能的储存与输送
12:27
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➢氢的存储：难题
气体氢：主要用高压钢瓶，储氢量小， 储氢密度低，使用不方便
储存和输 送方式
储氢材料概述课件
子的吸附 • TiMn1.5 H2.5 日本松下(1.8％) • Ti0.90Zr0.1 Mn1.4V0.2Cr0.4 • 活性好 • 用于：氢汽车储氢、电池负极Ovinic
2023/10/18 20
3.2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
E 氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进 E 氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存 E液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车－ 安全性和成本 E大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基合金很难常
温储放氢、位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究, E碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实用化还是个问号
碳纳米管电化学储氢小结
1. 纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为 1157mAh/g， 相当 于4.1％重量储氢容量。经过100充放电后，其仍保持最大容 量的70％。
2. 单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g， 相当于1.84％重量 储氢容量。经过100充放电后，其仍保持最大容量的80％。
2023/10/18 29
• 人类的出路何在？－ 新能源研究势在必行！！！
2023/9/8 3
1.2 氢能开发，大势所趋
X 氢是自然界中最普遍的元素，资源无 穷无尽－ 不存在枯竭问题
X 氢的热值高，燃烧产物是水－零排放，无污染， 可循环 利用
2023/10/18 20
3.2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
E 氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进 E 氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存 E液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车－ 安全性和成本 E大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基合金很难常
温储放氢、位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究, E碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实用化还是个问号
碳纳米管电化学储氢小结
1. 纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为 1157mAh/g， 相当 于4.1％重量储氢容量。经过100充放电后，其仍保持最大容 量的70％。
2. 单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g， 相当于1.84％重量 储氢容量。经过100充放电后，其仍保持最大容量的80％。
2023/10/18 29
• 人类的出路何在？－ 新能源研究势在必行！！！
2023/9/8 3
1.2 氢能开发，大势所趋
X 氢是自然界中最普遍的元素，资源无 穷无尽－ 不存在枯竭问题
X 氢的热值高，燃烧产物是水－零排放，无污染， 可循环 利用
储氢合金及应用
• 氢发电，氢氧燃料电池（固定电站、便携式电源、动力电 源）
• 家庭应用，Ni-MH电池，清洁燃料等
家庭用氢前景图
复合能源系统：
• 氢作为储能介质 → 太阳能-氢能系统
• 阳光充足的夏季和白天 → 光发电电解水制氢，通过储氢 材料储氢，太阳能 → 转化成氢的化学能 • 夜晚和冬季 → 利用氢运行燃料电池，或氢气的其它利用
• 氢的燃烧性能好，点燃快，可燃范围宽，燃点高，燃烧速
度快
• 在所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热 系数高10倍，是极好的传热载体
• 用途广泛，可直接用作发动机燃料、燃料电池燃料、化工 原料等
• 氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物形式存在，能适 应储运及各种应用环境的不同要求 • 可作为储能介质，经济和有效地输送能源，作为二次能源， 氢的输送与储存损失比电力小
制氢技术：
• 化石燃料制氢，以煤、石油或天然气等作原料制氢，产量 大，效率高，但伴有大量CO2排放
• 水分解制氢，可通过电解、热化学循环分解、光化学分解
等方式进行，氢的纯度高，效率低，成本高
• 生物质制氢，包括生物质汽化或裂解制氢和微生物制氢， 前者效率高但氢气纯度低，后者规模和效率有待提高
储氢技术： • 氢气储存有物理和化学两大类方法 • 物理储氢：液氢储存，高压氢气储存，活性炭吸附储存， 碳纤维和碳纳米管储存，玻璃微球储存等 • 化学储氢：金属氢化物储存，有机液态氢化物储存，无机
• 家庭应用，Ni-MH电池，清洁燃料等
家庭用氢前景图
复合能源系统：
• 氢作为储能介质 → 太阳能-氢能系统
• 阳光充足的夏季和白天 → 光发电电解水制氢，通过储氢 材料储氢，太阳能 → 转化成氢的化学能 • 夜晚和冬季 → 利用氢运行燃料电池，或氢气的其它利用
• 氢的燃烧性能好，点燃快，可燃范围宽，燃点高，燃烧速
度快
• 在所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热 系数高10倍，是极好的传热载体
• 用途广泛，可直接用作发动机燃料、燃料电池燃料、化工 原料等
• 氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物形式存在，能适 应储运及各种应用环境的不同要求 • 可作为储能介质，经济和有效地输送能源，作为二次能源， 氢的输送与储存损失比电力小
制氢技术：
• 化石燃料制氢，以煤、石油或天然气等作原料制氢，产量 大，效率高，但伴有大量CO2排放
• 水分解制氢，可通过电解、热化学循环分解、光化学分解
等方式进行，氢的纯度高，效率低，成本高
• 生物质制氢，包括生物质汽化或裂解制氢和微生物制氢， 前者效率高但氢气纯度低，后者规模和效率有待提高
储氢技术： • 氢气储存有物理和化学两大类方法 • 物理储氢：液氢储存，高压氢气储存，活性炭吸附储存， 碳纤维和碳纳米管储存，玻璃微球储存等 • 化学储氢：金属氢化物储存，有机液态氢化物储存，无机
储氢合金PPT
氢的贮存
传统贮氢方法有两种： ①气态储氢：一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来贮存氢气， 但钢瓶贮存氢气的容积小，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； ②液态储氢：另一种方法是贮存液态氢，将气态氢降温到－ 253℃变为液体进行贮存，但液体贮存箱非常庞大，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，一种新型简便的贮氢方法应运而生，即利用贮氢合金 （金属氢化物）来贮存氢气。
p-c-T 曲线（氢化物可逆吸放氢压力 组成等温线）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少氢(％)和任一温
度下的分解压力值。
p-c-T 曲线的平台压力、平台宽度与倾
斜度、平台起始浓度和滞后效应，既是 常规鉴定贮氢合金的吸放氢性能主要指 M-H系统平衡压相图 标，又是探索新的贮氢合金的依据。
表1 几种贮氢合金的贮氢能力 (单位：(1022/cm3))
种类
氢原子个数
20K液氢
4.2
LiH
5.3
TiH2
9.2
ZrH2
7.3
YH2
5.7
UH2
8.2
FeTiH1.7
6.0
LaNi5H6.7
6.1
贮氢原理
在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属间化合物（Me）与气态H2可逆
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