储氢合金及应用ppt
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储氢合金PPT
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。
生成焓 /[kJ/mol( H2) -30.1 -38.1 -26.4 -17.6 -29.5H4.
5
AB2
CaNi5 Ti1.2Mn1.8 TiCr1.8 ZrMn2 ZrV
TiFe Mg2Ni
AB A2B
① ② ③
CaCu5 C14 ① C14 C15 CsAl CsAl Mg2Ni
LaNi5中氢原子位置
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
贮氢合金的应用
贮氢材料在室温和常压条件下能迅速吸氢(H2)并反应生成氢 化物，使氢以金属氢化物的形式贮存起来，在需要的时候， 适当加温或减小压力使这些贮存着的氢释放出来以供使用。 与氢作用生成氢化物 储氢材料 T、P
储氢
氢化物分解
放出氢
提高T降低P
相当钢瓶1/3重量的贮氢合金，可吸尽钢瓶内全部氢， 而体积仅为钢瓶的1/10。有的贮氢合金的贮氢量比液态 氢还大。贮氢合金一般在常温和常压下，比普通金属的 吸氢量要高1000倍，一种镁镍合金制成的氢燃料箱， 自重l00kg，所吸收的氢气热能相当于40kg的汽油，一 种镧镍合金吸氢的密度甚至达到了液氢的密度。表1显 示了几种贮氢合金的贮氢能力。
4、粉末化
贮氢材料在吸储和释放氢的过程中，它会反复膨胀和收缩，从而导致出现粉 末现象。这一现象会使装置内的充填密度增高、传热效率降低、装置局部地 方会产生应力；同时形成微粉还会随氢气流动，造成阀门和管道阻塞。
金属材料之储氢材料ppt课件
p
2 H
2
H M
A一B:为吸氢过程的第二步，固溶体进一步与氢反应，
产生相变，形成金属氢化物;
B点以后：为第三步，氢溶入氢化物形成固溶体，氢压
增加。
提高温度，平台压力升高，但有效氢 容量减少
.
21
p-c-T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
少氢(％)和任一温度下的分解压力值。 p-c-T曲线
动植物的生存！！！
人类的出路何在？－新能源研究势在必
行！！！
.
2
对中国来说，首要的是开发水力资源和 生物质能，其次是发展地热能、风能和 太阳能。太阳能和风能的利用存在较大 的新材料问题。
太阳照射到地面的能量相当于全球能耗 的1.6万倍，既无污染，又是永久性能源。 可惜太阳辐射到地球的能量密度太低， 只有1kW/m2，还受气候影响。
.
3
太阳能的利用形式主要有两种:－是热能的直接 利用，如利用镜面或反射槽将太阳光聚焦在收 集器上，由中间介质吸热产生蒸汽，推动气轮 机组发电，美国单台容量己达80MW；另一种形 式是利用小型太阳能装置为房屋采暖供热，现 己大量应用。研制高效、长寿、廉价的光伏转 换材料已成为目前能源新材料领域的重要课题。
缺点：
氢吸、放动力学性能差：释放温度高， 250℃以上，反应速度慢，氢化困难
抗蚀能力差，特别是作为阴极贮氢合
金材料。
.
31
⑵稀土系合金
以LaNi5 为代表的稀土储氢合金被认为是所有 储氢合金中应用性能最好的一类，荷兰Philips实 验室首先研制
. 初期氢化容易, 反应速度快, 吸-放氢性能优良, 20℃ 时氢分解压仅几个大气压. 但是镧价格高, 循环退 化严重,易粉化.
储氢合金简介.ppt
Des.
Abs. MHx + ∆H
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
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
Hydrogen Storage Materials
稀土镧镍系储氢合金
典型代表：LaNi5 ,荷兰Philips实验室首先研制 特点：
金属或合金储氢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1234开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术hydrogenstoragematerials几种贮氢方法比较hydrogenstoragematerials二储氢材料技术现状?金属合金材料?物理吸附材料?复合化学氢化合物材料?液态有机储氢材料hydrogenstoragematerials金属氢化物储氢特点?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hydrogenontetrahedralsiteshydrogenonoctahedralsitesmx2h2mhx?habsdes
Hydrogen Storage Materials
储氢材料的研究与发展
报告人：吴丽娟 学 号: S201109027 日 期：2012年4月10日
Hydrogen Storage Materials
一 研究背景
氢——二十一世纪的绿色能源
优点： 自然界最普遍的元素; 清洁能源; 燃烧性能好，易点燃; 发热值高(142MJ/kg); 导热性好; 用途广泛;
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
储氢合金及应用PPT课件
尘和有害气体 → 清洁能源 • 氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高，
(1.21-1.43)X105kJ/kg•H2，是汽油发热值的3倍，焦炭发热 值的4.5倍
可编辑课件
4
• 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
可编辑课件
16
家庭用氢前景图
可编辑课件
17
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
可编辑课件
18
太阳能－氢能系统的结构概念图
可编辑课件
19
（3）储氢材料
储氢材料： • 能在适当的温度和压力下，大量可逆地吸收、释放氢的材
料 • 储氢材料可大致地分为三大类：金属储氢材料、非金属储
氢材料、有机液体储氢材料 • 是氢能系统中作为氢储存与输送载体的重要候选材料 →
成为氢能技术开发中的关键材料之一 • 储氢材料的研究开发与应用已成为国内外的热门研究课题
（hydrogen storage and transportation）、氢的利用 （hydrogen utilization）三大关键系统 • 每个系统都在发展各自的相应技术
可编辑课件
9
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
大量氢气，当提高温度或减压时，放出氢气 • 吸氢量一般均大于金属储氢材料，可达4-10wt.%
(1.21-1.43)X105kJ/kg•H2，是汽油发热值的3倍，焦炭发热 值的4.5倍
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4
• 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
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16
家庭用氢前景图
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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
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太阳能－氢能系统的结构概念图
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（3）储氢材料
储氢材料： • 能在适当的温度和压力下，大量可逆地吸收、释放氢的材
料 • 储氢材料可大致地分为三大类：金属储氢材料、非金属储
氢材料、有机液体储氢材料 • 是氢能系统中作为氢储存与输送载体的重要候选材料 →
成为氢能技术开发中的关键材料之一 • 储氢材料的研究开发与应用已成为国内外的热门研究课题
（hydrogen storage and transportation）、氢的利用 （hydrogen utilization）三大关键系统 • 每个系统都在发展各自的相应技术
可编辑课件
9
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
大量氢气，当提高温度或减压时，放出氢气 • 吸氢量一般均大于金属储氢材料，可达4-10wt.%
储氢合金 ppt课件
放，无污染，可循环利用。
3.氢的利用途径多——燃烧放热或电化学发电
4.氢气的存储方式多——气体，液体或固体化合物 5.可
直接用作发动机燃料、也可以以燃料电池方式驱动汽
车
2020/12/2
5
氢气储存与储氢合金
❖ 在整个氢能系统中，储氢是最关键的环节。
储氢合金——在一定的温度和氢气压力下，可以多次吸收、 储存和释放氢气的合金材料。
格间位置和四配位
的四面体晶格间位
置是氢稳定存在的氢原子在合金晶格中形成固溶体 2个位置。
2020/12/2
Chapter6 Metallic Materials
10
10
合金中氢的位置
❖金属形成氢化物后，氢化物中 的金属晶格结构有和金属相一样 的结构，也有变为与金属相完全 不同的另一种结构。前者称为溶 解间隙型，如Pd—H和LaNi5— H系等，后者为结构变态型，如 Ti—H和Mg2Ni—H系等。
Application 贮氢容器
节省能量，安全可靠——用贮氢合金贮氢，无 需高压及贮存液氢的极低温设备和绝热措施。
2020/12/2
Chapter6 Metallic Materials
15
15
Example
装到容器中的贮氢合金贮7采0氢0用标合贮准金氢大量制为气作2压的.7%的贮重储氢量氢装、罐置合金密度为5g/cm3的材料。
储氢合金 hydrogen storage alloys
小组成员：
2020/12/2
1
储氢合金
hydrogen storage alloys
2020/12/2
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
3.氢的利用途径多——燃烧放热或电化学发电
4.氢气的存储方式多——气体，液体或固体化合物 5.可
直接用作发动机燃料、也可以以燃料电池方式驱动汽
车
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氢气储存与储氢合金
❖ 在整个氢能系统中，储氢是最关键的环节。
储氢合金——在一定的温度和氢气压力下，可以多次吸收、 储存和释放氢气的合金材料。
格间位置和四配位
的四面体晶格间位
置是氢稳定存在的氢原子在合金晶格中形成固溶体 2个位置。
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Chapter6 Metallic Materials
10
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合金中氢的位置
❖金属形成氢化物后，氢化物中 的金属晶格结构有和金属相一样 的结构，也有变为与金属相完全 不同的另一种结构。前者称为溶 解间隙型，如Pd—H和LaNi5— H系等，后者为结构变态型，如 Ti—H和Mg2Ni—H系等。
Application 贮氢容器
节省能量，安全可靠——用贮氢合金贮氢，无 需高压及贮存液氢的极低温设备和绝热措施。
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Chapter6 Metallic Materials
15
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Example
装到容器中的贮氢合金贮7采0氢0用标合贮准金氢大量制为气作2压的.7%的贮重储氢量氢装、罐置合金密度为5g/cm3的材料。
储氢合金 hydrogen storage alloys
小组成员：
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1
储氢合金
hydrogen storage alloys
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2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
功能金属材料贮氢合金课件
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％
功能金属材料贮氢合金课件
纳米材料储氢存在的问题：
❖ 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
1、容易活化，贮氢量大、能量密度高； 2、吸氢和放氢速度快，氢扩散速度大，可逆性好； 3、氢化物生成热小； 4、有较平坦和较宽的平衡平台压区，分解压适中， 滞后小；
5、有效导热率大，电催化活性高； 6、化学稳定性好； 7、在贮存与运输过程中性能可靠； 8、原料来源广，成本低廉。
功能金属材料贮氢合金课件
第二节 贮氢合金材料
贮氢合金
优点： 缺点：
吸氢量大 平衡压力适中而平坦 放氢快，滞后小 容易活化，室温下即可活化 具有良好的抗杂质气体中毒性
成本高，大规模使用受到限制 吸放功能金氢属材过料贮程氢合中金课件晶胞体积膨胀大
第二节 贮氢合金材料
贮氢合金
LaNi5 属 AB5型贮氢 合金，通 过对A组元 和B组元的
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若，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化物生成热较大，氢 的离解压低，贮氢功不能金理属材想料贮。氢合金课件
第一节 金属的贮氢原理
贮氢合金
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 : >6.5%, > 62kg(H2)/m3
第5章_储氢合金
氢浓度
最大吸入量
储氢合金吸放氢的p-c-T曲线
1. 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。
1. 金属储氢原理
平衡氢压与温度的关系
电池的总反应：
Ni (OH ) 2
1 充电 1 M NiOOH MH x x 放电 x
2. 储氢合金的电化学原理
镍氢电池的充放电原理
•充电时，负极吸收电
子；正极放出电子；
•放电时，负极放出电
子；正极吸收电子；
注意：规定的电流方向是 正电荷的运动方向，与电 子运动的方向相反；
正极：电势较高的电极； 阳极：发生氧化反应（失去电子）的电极； 负极：电势较低的电极； 阴极：发生还原反应（得到电子）的电极；
（2）抗杂质气体中毒能力差；
（3）反复吸氢后性能下降。
4.储氢合金分类与特点
4.4 A2B型储氢合金（以TiFe合金为例）
主要是镁系储氢合金，以Mg2Ni为代表。 优点：密度小，储氢容量高，资源丰富，价格低廉。 缺点：Mg的吸放氢条件比较苛刻，反应温度300-400oC， 2.4-40MPa才能生成MgH2，反应速度较慢。 应用：车用动力型电池。
记忆效应小，使用更方便，寿命更长。 充电速度快，且能与Ni-Cd电池互换（工作电压均为1.2V）。
5.金属储氢材料的应用
5.1 Ni-MH二次电池
储氢合金用作镍氢电池电极的基本要求： 可逆性吸氢、放氢量大； 合适的室温平台压力； 在碱性电解质溶液中具有良好的化学稳定性，电极寿命长；
储氢材料综述ppt课件
储氢材料研究概况
1
目录
储氢材料的要求 储氢材料的分类 小结
2
储氢材料的要求
单位质量、单位体积吸氢量高 不易于空气中的气体反应 用于储氢时生成热小 反复吸放氢时粉化倾向小 成本低
3
储氢材料分类
物理方式储氢 化学方式储氢
4
物理方式储氢
活性炭、碳纳米材料等利用物理吸附储氢。 活性炭
AH2+B↔ABx+xB 反应焓较小,从而降低了 氢化物的分解温度,且易 于可逆加氢反应的进行
不同脱氢反应路径焓变示意图[3]
22
小结
I. 金属（合金）储氢存在着储氢量低等问题，常用改变 元素化学计量比、元素替代等方法改善其性能。
II. 络合氢化物储氢量高，但是放氢困难，常用掺杂等方 法改善其性能。
24
谢谢观看
25
23
参考文献
[1]胡子龙. 贮氢材料[M]. 北京：化学工业出版社, 2002. [2]Liu Y,Chu L,Zhou H,Gao M,Wang Q.A novel catalyst precursor K2YiF6 with remarkable synergetic effects of K,Ti and F together on reversible hydrogen storage of NaAlH4[J]mun,2011,47:1740-1742. [3]Vajo J J,Olson G L.Hydrogen storage in destabilized chemical systems[J].Scripta Mater,2007,56:829-834. [4]李永涛.配位氢化物的储氢特性研究[D].复旦大学,2011.
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目录
储氢材料的要求 储氢材料的分类 小结
2
储氢材料的要求
单位质量、单位体积吸氢量高 不易于空气中的气体反应 用于储氢时生成热小 反复吸放氢时粉化倾向小 成本低
3
储氢材料分类
物理方式储氢 化学方式储氢
4
物理方式储氢
活性炭、碳纳米材料等利用物理吸附储氢。 活性炭
AH2+B↔ABx+xB 反应焓较小,从而降低了 氢化物的分解温度,且易 于可逆加氢反应的进行
不同脱氢反应路径焓变示意图[3]
22
小结
I. 金属（合金）储氢存在着储氢量低等问题，常用改变 元素化学计量比、元素替代等方法改善其性能。
II. 络合氢化物储氢量高，但是放氢困难，常用掺杂等方 法改善其性能。
24
谢谢观看
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参考文献
[1]胡子龙. 贮氢材料[M]. 北京：化学工业出版社, 2002. [2]Liu Y,Chu L,Zhou H,Gao M,Wang Q.A novel catalyst precursor K2YiF6 with remarkable synergetic effects of K,Ti and F together on reversible hydrogen storage of NaAlH4[J]mun,2011,47:1740-1742. [3]Vajo J J,Olson G L.Hydrogen storage in destabilized chemical systems[J].Scripta Mater,2007,56:829-834. [4]李永涛.配位氢化物的储氢特性研究[D].复旦大学,2011.
第四章储氢材料正式版ppt课件
值
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（1） 体积比较
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
▪ (LiAlH4在TiCl3、 TiCl4等催化下180℃ ，8MPa氢 压下获得5％的可逆储放氢容量)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
金属配位氢化物的主要性能
▪ 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
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.2 氢能开发,大势所趋
因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究 中长期探求的目标。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（1） 体积比较
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
▪ (LiAlH4在TiCl3、 TiCl4等催化下180℃ ，8MPa氢 压下获得5％的可逆储放氢容量)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
金属配位氢化物的主要性能
▪ 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
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.2 氢能开发,大势所趋
因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究 中长期探求的目标。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
储氢合金 PPT
合金中氢的位置
氢原子在合金晶格中形成固溶体
Chapter6 Metallic Materials
9
合金中氢的位置
❖金属形成氢化物后，氢化物中 的金属晶格结构有和金属相一样 的结构，也有变为与金属相完全 不同的另一种结构。前者称为溶 解间隙型，如Pd—H和LaNi5— H系等，后者为结构变态型，如 Ti—H和Mg2Ni—H系等。
(1)比能量为Ni—Cd电他的1.5- 2倍； ❖(2)无重金属Cd对人体的危害； ❖(3)良好的耐过充、放电性能； ❖(4)无记忆效应； ❖(5)主要特性与Ni／Cd电他相近，可 以互换使用。 氢化物电极
Ni、MHx电池充放电过程示意图
Chapter6 Metallic Materials
⑦ 有确定的化学稳定性；
⑧ 对杂质敏感程度低；
⑨ 原料资源丰富，价格低廉；
⑩ 用作电极材料时具有良好的耐腐蚀性。
Chapter6 Metallic Materials
11
储氢合金种类
可以在工程上应用的合金基本上都是金属间化合物，已 确认有应用前景的共有四类
A及N——吸氢量较大的金属 (ⅡA，ⅢB，ⅣB，ⅤB族金属) B及M——过渡金属 （ⅥB，ⅦB，Ⅷ，ⅠB，ⅡB，ⅢA，ⅣA族） Mm ——混合稀土金属
放，无污染，可循环利用。
3.氢的利用途径多——燃烧放热或电化学发电
4.氢气的存储方式多——气体，液体或固体化合物 5.可 直接用作发动机燃料、也可以以燃料电池方式驱动汽 车
氢气储存与储氢合金
❖ 在整个氢能系统中，储氢是最关键的环节。
储氢合金——在一定的温度和氢气压力下，可以多次吸收、 储存和释放氢气的合金材料。
Application 贮氢容器
储氢合金PPT
贮氢材料在室温和常压条件下能迅速吸氢(H2)并反应生成氢 化物，使氢以金属氢化物的形式贮存起来，在需要的时候， 适当加温或减小压力使这些贮存着的氢释放出来以供使用。 与氢作用生成氢化物 储氢材料 T、P
储氢
氢化物分解
放出氢
提高T降低P
相当钢瓶1/3重量的贮氢合金，可吸尽钢瓶内全部氢， 而体积仅为钢瓶的1/10。有的贮氢合金的贮氢量比液态 氢还大。贮氢合金一般在常温和常压下，比普通金属的 吸氢量要高1000倍，一种镁镍合金制成的氢燃料箱， 自重l00kg，所吸收的氢气热能相当于40kg的汽油，一 种镧镍合金吸氢的密度甚至达到了液氢的密度。表1显 示了几种贮氢合金的贮氢能力。
——By 陆皓
随着人类社会的进步和发展
传统的能源石油、煤日渐枯竭，且带来了严重的环境污染
为了满足人们工业生产和日常生活的需要 急需寻找和开发新能源, 如太阳能、生物质能、 氢能、风能、潮汐能、地热能及核能等
众多的新能源中,氢能因具有： 储量大 氢来源广泛，是自然界中最普遍的元素 高能量密度 燃烧1Kg氢气可产生1．25x106kJ的热量。相当于3Kg 汽油或4．5Kg焦炭完全燃烧所产生的热量。 清洁 氢燃烧后生成的产物是 H 2O 具有零污染的特点
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。
储氢材料简介ppt课件
31
三、储氢材料的研发
3.1.1 添加碳纳米管镁基材料的储氢性能 碳 碳12、、纳良具米纳米管：好有管的一优导定势热的：性吸和氢热性稳能定。性；
32
三、储氢材料的研发
添加碳纳米管镁基材料的储氢性能
实验方法：球磨法（以氢气作为保护气体） 1）球磨过程：
33
三、储氢材料的研发
34
三、储氢材料的研发
8
二、储氢材料的简介
氢能
氢能——利用氢燃烧时放出的热量作为能源。 氢能优势：
(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）至少是其他化学燃料 的三倍（例如，等质量的液体碳氢化合物是47MJ/kg）。 (2) 氢在氧气中燃烧只产生水，预计不会对环境产生负面影响，是一种 绿色的能源。
式中MH、为氢的固溶体相(a相)，MHy为氢化物相(p相)，△H。为氢 化物生成焙或氢化反应热。
28
三、储氢材料的研发
金属或合金一氢体系吸放氢作用可用下图的气固反应过程来表示。
29
三、储氢材料的研发
镁基材料的优势： (1)镁在地球上的储量丰富，储氢容量高（7.6wt%）; (2)价格低廉，被认为是一种很有发展前途的储氢材料; (3)镁可与氢气直接反应，在300-400℃和较高的氢压下， 反应生成MgH2。
蒸发损失； 对储槽绝热材料的要求高。
18
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
(c) 固态储氢 • 固态储氢的优势：
1) 体积储氢容量高 2) 无需高压及隔热容器 3) 安全性好，无爆炸危险 4) 可得到高纯氢，提高氢的附加值
19
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
体积比较：
20
二、储氢材料的简介
三、储氢材料的研发
3.1.1 添加碳纳米管镁基材料的储氢性能 碳 碳12、、纳良具米纳米管：好有管的一优导定势热的：性吸和氢热性稳能定。性；
32
三、储氢材料的研发
添加碳纳米管镁基材料的储氢性能
实验方法：球磨法（以氢气作为保护气体） 1）球磨过程：
33
三、储氢材料的研发
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三、储氢材料的研发
8
二、储氢材料的简介
氢能
氢能——利用氢燃烧时放出的热量作为能源。 氢能优势：
(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）至少是其他化学燃料 的三倍（例如，等质量的液体碳氢化合物是47MJ/kg）。 (2) 氢在氧气中燃烧只产生水，预计不会对环境产生负面影响，是一种 绿色的能源。
式中MH、为氢的固溶体相(a相)，MHy为氢化物相(p相)，△H。为氢 化物生成焙或氢化反应热。
28
三、储氢材料的研发
金属或合金一氢体系吸放氢作用可用下图的气固反应过程来表示。
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三、储氢材料的研发
镁基材料的优势： (1)镁在地球上的储量丰富，储氢容量高（7.6wt%）; (2)价格低廉，被认为是一种很有发展前途的储氢材料; (3)镁可与氢气直接反应，在300-400℃和较高的氢压下， 反应生成MgH2。
蒸发损失； 对储槽绝热材料的要求高。
18
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
(c) 固态储氢 • 固态储氢的优势：
1) 体积储氢容量高 2) 无需高压及隔热容器 3) 安全性好，无爆炸危险 4) 可得到高纯氢，提高氢的附加值
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二、储氢材料的简介
储氢方式比较
体积比较：
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二、储氢材料的简介
储氢材料PPT演示课件
目前解决上述问题的最好办法就是将氢气储存在某种可以快速 吸入和释放大量氢气的材料中。
18
贮氢材料的发现和应用研究始于20世纪60年代， 1960年发现镁(Mg)能形成MgH2，其吸氢量高达(H)＝ 7.6％，但反应速度慢。
19Leabharlann 1964年，研制出Mg2Ni，其吸氢量为(H)=3.6％， 能在室温下吸氢和放氢，250 ℃时放氢压力约0.1MPa， 成为最早具有应用价值的贮氢材料。
36
2 n
M
(固)
H2
(气,
p)
吸氢,放热 放氢,吸热
2 n
MH
n
(固)
H
式中，M---金属； MHn---金属氢化物 P---氢压力；H---反应的焓变化
反应进行的方向取决于温度和氢压力。
37
2 n
M
(固)
H2
(气,
p)
吸氢,放热 放氢,吸热
2 n
MH
n
(固)
H
实际上，上式表示反应过程具有化学能(氢)、热能 (反应热)、机械能(平衡氢气压力)的贮存和相互转换功 能。
一般说，同一族从上至下还原性增强，同一周期从左至右 还原性减弱。
27
例如： 4NH3+5O2→4NO+6H2O 2PH3+4O2→P2O5+3H2O 2H2S+3O2→2SO2+2H2O 共价型氢化物在水中的行为较为复杂。常见为： 形成强酸的：HCl，HBr，HI； 形成弱酸的：HF，H2S，H2Se，H2Te； 形成碱的：NH3； 水解放出氢气的：B2H6，SiH4； 与水不作用的：CH4，PH3，AsH3，GeH4，SnH4，SbH3。
4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl 复合氢化物主要用做还原剂、引发剂和催化剂。
18
贮氢材料的发现和应用研究始于20世纪60年代， 1960年发现镁(Mg)能形成MgH2，其吸氢量高达(H)＝ 7.6％，但反应速度慢。
19Leabharlann 1964年，研制出Mg2Ni，其吸氢量为(H)=3.6％， 能在室温下吸氢和放氢，250 ℃时放氢压力约0.1MPa， 成为最早具有应用价值的贮氢材料。
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H2
(气,
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吸氢,放热 放氢,吸热
2 n
MH
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(固)
H
式中，M---金属； MHn---金属氢化物 P---氢压力；H---反应的焓变化
反应进行的方向取决于温度和氢压力。
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2 n
M
(固)
H2
(气,
p)
吸氢,放热 放氢,吸热
2 n
MH
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(固)
H
实际上，上式表示反应过程具有化学能(氢)、热能 (反应热)、机械能(平衡氢气压力)的贮存和相互转换功 能。
一般说，同一族从上至下还原性增强，同一周期从左至右 还原性减弱。
27
例如： 4NH3+5O2→4NO+6H2O 2PH3+4O2→P2O5+3H2O 2H2S+3O2→2SO2+2H2O 共价型氢化物在水中的行为较为复杂。常见为： 形成强酸的：HCl，HBr，HI； 形成弱酸的：HF，H2S，H2Se，H2Te； 形成碱的：NH3； 水解放出氢气的：B2H6，SiH4； 与水不作用的：CH4，PH3，AsH3，GeH4，SnH4，SbH3。
4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl 复合氢化物主要用做还原剂、引发剂和催化剂。
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化物才能作为储氢材料使用 • 目前已开发的具有实用价值的金属氢化物：稀土系AB5型；
锆、钛系AB2型；钛系AB型；镁系A2B型；钒系固溶体型 等 • 储氢量一般在1-3wt.%
-
综合输氢方案示意图
-
氢的利用技术： • 工业应用，化工（合成氨、合成甲醇、煤液化、石油精制
等），冶金（直接还原金属、光亮热处理等），半导体 （制取多晶硅、外延生长等），玻璃，化肥等 • 交通运输，氢发动机、氢能汽车等 • 航天工业，液氢液氧火箭发动机 • 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
• 氢的热核反应放出热核能或聚变能 → 氢弹、可控核聚变 反应
• 氢能是一种理想的二次能源
-
氢能的优点： • 氢是自然界中存在最普遍的元素，它构成宇宙质量的3/4，
在地球上主要以化合物形式存在于水中 • 从水中可分解出氢，氢燃烧反应又生成水，所以是取之不
尽、用之不竭的能源 • 氢本身无毒，氢燃烧反应不会像矿物燃料那样产生大量烟
-
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
-
太阳能－氢能系统的结构概念图
-
（3）储氢材料
储氢材料： • 能在适当的温度和压力下，大量可逆地吸收、释放氢的材
• 可再生能源——太阳能、风能、海洋能、地热能、生物能、 氢能等 → 环境友好，取之不尽
• 清洁且可再生能源的开发和利用 → 国家经济可持续发展 的重要保障
-
（1）氢能
• 氢能 → 以氢及其同位素为主导的反应中（或在状态变化 过程中）所释放的能量
• 氢与氧化剂发生化学反应放出燃烧热或通过燃烧反应得化 学能 → 氢发动机、燃料电池等
• 氢能转化为动力 → 动力产生电能而走向家家户户 → 成为 人类今后长期依靠的一种通用燃料
• 与电力一起，成为21世纪能源体系的两大支柱
-
一次能源
二次能源
最终用户
太阳能 风能 海洋能 地热能
氢气
汽车、飞机、船舶
电力
工业、农业、民生
21世纪能源结构体系
-
（2）氢能系统与氢能技术 氢能系统： • 一个有机联系的系统工程 • 包括制氢（hydrogen production）、氢储存和输运
• 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
-
• 氢能源的开发引起各国政府的极大重视 • 上世纪90年代起，美、日、德等发达国家均制定了系统的
二、储氢合金及应用
1、氢能与储氢材料
• 能源、环境、可持续发展 → 当今社会发展的三大主题 • 能源 → 人类活动的源泉 • 清洁能源 → 人类社会健康发展的基础 • 氢能（Hydrogen energy） → 面向21世纪的理想清洁能
源之一
-
• 化石能源——煤、石油、天然气 → 环境污染，资源渐趋 枯竭
的50%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
研究项目，之后又在国家973计划中列项支持
-
金属储氢材料： • 氢几乎可以同元素周期表中的各种金属元素反应，生成金
属氢化物 • 但并不是所有金属氢化物都能做为储氢材料 • 只有那些能在温和条件下大量可逆吸放氢的金属或合金氢
料 • 储氢材料可大致地分为三大类：金属储氢材料、非金属储
氢材料、有机液体储氢材料 • 是氢能系统中作为氢储存与输送载体的重要候选材料 →
成为氢能技术开发中的关键材料之一 • 储氢材料的研究开发与应用已成为国内外的热门研究课题
-
• 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
尘和有害气体 → 清洁能源 • 氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高，
(1.21-1.43)X105kJ/kg•H2，是汽油发热值的3倍，焦炭发热 值的4.5倍
-
• 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
（hydrogen storage and transportation）、氢的利用 （hydrogen utilization）三大关键系统 • 每个系统都在发展各自的相应技术
-
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
氢能研究与发展规划 • 中国、印度、墨西哥等发展中国家也有相应的规划考虑 • 短期目标 → 燃料电池汽车的商业化，在20年左右时间内，
使氢能在总能源系统中占有一定份额 • 长期目标 → 在化石能源枯竭时，承担起主体能源的角色
-
• 随着科学技术的发展，氢能的应用不是遥远的未来，未来 的经济可望实现氢经济
物储存，复杂氢化物储存等
-
各种方法的储氢能力
-
休息15分钟
-
输氢技术： • 氢有多种多样的输送方式，可根据地点、用途、用氢方式、
距离、用量、用户分布、输送成本等因素综合考虑输送方 案 • 气体氢输送，可采用管道、车（船）载高压钢瓶等方式， 前者效率高，建造成本高，后者灵活性大 • 液氢输送，可采用罐车、油轮或管道等方式，效率高，但 系统复杂，成本高 • 氢化物输送，可用桶或罐装金属氢化物，灵活、安全和经 济
锆、钛系AB2型；钛系AB型；镁系A2B型；钒系固溶体型 等 • 储氢量一般在1-3wt.%
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综合输氢方案示意图
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氢的利用技术： • 工业应用，化工（合成氨、合成甲醇、煤液化、石油精制
等），冶金（直接还原金属、光亮热处理等），半导体 （制取多晶硅、外延生长等），玻璃，化肥等 • 交通运输，氢发动机、氢能汽车等 • 航天工业，液氢液氧火箭发动机 • 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
• 氢的热核反应放出热核能或聚变能 → 氢弹、可控核聚变 反应
• 氢能是一种理想的二次能源
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氢能的优点： • 氢是自然界中存在最普遍的元素，它构成宇宙质量的3/4，
在地球上主要以化合物形式存在于水中 • 从水中可分解出氢，氢燃烧反应又生成水，所以是取之不
尽、用之不竭的能源 • 氢本身无毒，氢燃烧反应不会像矿物燃料那样产生大量烟
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家庭用氢前景图
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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
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太阳能－氢能系统的结构概念图
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（3）储氢材料
储氢材料： • 能在适当的温度和压力下，大量可逆地吸收、释放氢的材
• 可再生能源——太阳能、风能、海洋能、地热能、生物能、 氢能等 → 环境友好，取之不尽
• 清洁且可再生能源的开发和利用 → 国家经济可持续发展 的重要保障
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（1）氢能
• 氢能 → 以氢及其同位素为主导的反应中（或在状态变化 过程中）所释放的能量
• 氢与氧化剂发生化学反应放出燃烧热或通过燃烧反应得化 学能 → 氢发动机、燃料电池等
• 氢能转化为动力 → 动力产生电能而走向家家户户 → 成为 人类今后长期依靠的一种通用燃料
• 与电力一起，成为21世纪能源体系的两大支柱
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一次能源
二次能源
最终用户
太阳能 风能 海洋能 地热能
氢气
汽车、飞机、船舶
电力
工业、农业、民生
21世纪能源结构体系
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（2）氢能系统与氢能技术 氢能系统： • 一个有机联系的系统工程 • 包括制氢（hydrogen production）、氢储存和输运
• 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
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• 氢能源的开发引起各国政府的极大重视 • 上世纪90年代起，美、日、德等发达国家均制定了系统的
二、储氢合金及应用
1、氢能与储氢材料
• 能源、环境、可持续发展 → 当今社会发展的三大主题 • 能源 → 人类活动的源泉 • 清洁能源 → 人类社会健康发展的基础 • 氢能（Hydrogen energy） → 面向21世纪的理想清洁能
源之一
-
• 化石能源——煤、石油、天然气 → 环境污染，资源渐趋 枯竭
的50%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
研究项目，之后又在国家973计划中列项支持
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金属储氢材料： • 氢几乎可以同元素周期表中的各种金属元素反应，生成金
属氢化物 • 但并不是所有金属氢化物都能做为储氢材料 • 只有那些能在温和条件下大量可逆吸放氢的金属或合金氢
料 • 储氢材料可大致地分为三大类：金属储氢材料、非金属储
氢材料、有机液体储氢材料 • 是氢能系统中作为氢储存与输送载体的重要候选材料 →
成为氢能技术开发中的关键材料之一 • 储氢材料的研究开发与应用已成为国内外的热门研究课题
-
• 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
尘和有害气体 → 清洁能源 • 氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高，
(1.21-1.43)X105kJ/kg•H2，是汽油发热值的3倍，焦炭发热 值的4.5倍
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• 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
（hydrogen storage and transportation）、氢的利用 （hydrogen utilization）三大关键系统 • 每个系统都在发展各自的相应技术
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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
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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
氢能研究与发展规划 • 中国、印度、墨西哥等发展中国家也有相应的规划考虑 • 短期目标 → 燃料电池汽车的商业化，在20年左右时间内，
使氢能在总能源系统中占有一定份额 • 长期目标 → 在化石能源枯竭时，承担起主体能源的角色
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• 随着科学技术的发展，氢能的应用不是遥远的未来，未来 的经济可望实现氢经济
物储存，复杂氢化物储存等
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各种方法的储氢能力
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休息15分钟
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输氢技术： • 氢有多种多样的输送方式，可根据地点、用途、用氢方式、
距离、用量、用户分布、输送成本等因素综合考虑输送方 案 • 气体氢输送，可采用管道、车（船）载高压钢瓶等方式， 前者效率高，建造成本高，后者灵活性大 • 液氢输送，可采用罐车、油轮或管道等方式，效率高，但 系统复杂，成本高 • 氢化物输送，可用桶或罐装金属氢化物，灵活、安全和经 济