储氢材料PPT演示课件
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23
1）离子型氢化物也称盐型氢化物。
是氢和碱金属、碱土金属中的钙、锶、钡、镭所形成 的二元化合物。其固体为离子晶体，如NaH、BaH2等。 这些元素的电负性都比氢的电负性小。在这类氢化物中 ，氢以H-形式存在，熔融态能导电，电解时在阳极放出 氢气。离子型氢化物中氢的氧化数为-1，具有强烈失电
子趋势，是很强的还原剂，在水溶液中与水强烈反应放 出氢气，使溶液呈强碱性，如：
11
当今汽车工业给环境带来恶劣的影 响，因此汽车工业一直期望用以氢为能 源的燃料电池驱动的环境友好型汽车来 替代。
12
传统储氢方法与新型材料储氢效率的比较 13
对于以氢为能源的燃料电池驱动汽车来 说，不仅要求贮氢系统的氢密度高，而且要 求氢所占贮氢系统的质量分数要高(估算须达 到(H) =6.5％)，当前的金属氢化物贮氢技术 还不能满足此要求。
储氢材料
1
第一节 储氢材料
氢能源系统是作为一种储量丰富、无 公害的能源替代品而倍受重视。
如果以海水制氢作为燃料，从原理上 讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极 为有利；
2
如果进一步用太阳能以海水制氢，则 可实现无公害能源系统。
此外，氢还可以作为贮存其他能源的 媒体，通过利用过剩电力进行电解制氢， 实现能源贮存。
固态氢的相当，约是氢气的1000倍。
9
另外，一般贮氢材料中，氢分解压 较低，所以用金属氢化物贮氢时并不必 用101.3MPa(1000atm)的耐压钢瓶。
10
可见，利用金属氢化物贮存氢从容积 来看是极为有利的。
但从氢所占的质量分数来看，仍比液 态氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难， 尤其体现在对汽车工业的应用上。
4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl
复合氢化物主要用做还原剂、引发剂和催化剂。
25
元素周期表中IA族元素(碱金属)和IIA族
元素(碱土金属)分别与氢形成MH、MH2化学 比例成分的金属氢化物。金属氢化物是白色
21
（一）贮 氢 原 理
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应 2、金属氢化物的能量贮存、转换 3、金属氢化物的相平衡和热力学
22
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应
金属和氢的化合物统称为金属氢化物。
氢化物按它的结构大致分成三类：离子型氢 化物(又叫盐型氢化物)，共价型氢化物(又叫分 子型氢化物)，金属型氢化物。据最新研究,金 属型氢化物在有机合成及作储氢材料方面有重 要用途。例如,1体积钯可吸收700～900体积的 氢气成为金属氢化物,加热后又释放出氢气。
19
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。
20
同年在研究稀土化合物时发现了 LaNi5具有优异的吸氢特性;
1974年又发现了TiFe贮氢材料。 LaNi5和TiFe是目前性能最好的贮氢材料。
传统的基于液化氢和高压气态氢的储存方法 有很大的弊端。要携带足够行驶400-500km的高压 气态氢，容器必须由能禁受住高达700bar压力的 复合材料制成。如果发生撞车，后果不堪设想； 容器的绝热性对再次充氢不利，对压力进行有效 的控制就更是一个难题。
17
要增加单位体积容器的储氢量，密度为70.8kg/m3 （21K,1atm）的液态氢相对可行，为此必须将氢气冷 却至21K，而该过程消耗的能量相当于储存氢气能量 的三分之一。
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：
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。
7
贮氢材料中，氢密度极高，下表 列出几种金属氢化物中氢贮量及其他 氢形态中氢密度值。
8
(1)相对氢气瓶重量
从表中可知，金属氢化物的氢密度与液态氢、
为防止形成过高的压力，储氢系统必须是开放的， 于是透过绝热壁的有限热交换会使得每天有2-3%的氢 气蒸发损失，这进一步降低了储存的效率。液氢作为 燃料应用于航天飞机以及一些高速飞机。
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来自百度文库
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。
因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究 中长期探求的目标。
14
汽车是消耗化石燃料的大户，汽车尾气 对于环境的污染也是尽人皆知。要保护环境， 必须推广氢燃料的汽车。在汽车上应用氢有 两种可能的方式：
一种是在发动机内部与氧气混合燃烧。 其能量转化效率（约25%）受卡诺热机效率所 限，仅比汽油的效率略高。
另一种是通过燃料电池产生电能，能量 转化效率能达到50-60%，约是前者的两倍。 所以现在的氢燃料汽车都倾向于第二种方式。15
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。
16
目前限制氢燃料汽车推广的最主要因素就是氢 气的储存问题。
3
4
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。
5
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。
6
贮氢材料的作用相当于贮氢容器。
1）离子型氢化物也称盐型氢化物。
是氢和碱金属、碱土金属中的钙、锶、钡、镭所形成 的二元化合物。其固体为离子晶体，如NaH、BaH2等。 这些元素的电负性都比氢的电负性小。在这类氢化物中 ，氢以H-形式存在，熔融态能导电，电解时在阳极放出 氢气。离子型氢化物中氢的氧化数为-1，具有强烈失电
子趋势，是很强的还原剂，在水溶液中与水强烈反应放 出氢气，使溶液呈强碱性，如：
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当今汽车工业给环境带来恶劣的影 响，因此汽车工业一直期望用以氢为能 源的燃料电池驱动的环境友好型汽车来 替代。
12
传统储氢方法与新型材料储氢效率的比较 13
对于以氢为能源的燃料电池驱动汽车来 说，不仅要求贮氢系统的氢密度高，而且要 求氢所占贮氢系统的质量分数要高(估算须达 到(H) =6.5％)，当前的金属氢化物贮氢技术 还不能满足此要求。
储氢材料
1
第一节 储氢材料
氢能源系统是作为一种储量丰富、无 公害的能源替代品而倍受重视。
如果以海水制氢作为燃料，从原理上 讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极 为有利；
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如果进一步用太阳能以海水制氢，则 可实现无公害能源系统。
此外，氢还可以作为贮存其他能源的 媒体，通过利用过剩电力进行电解制氢， 实现能源贮存。
固态氢的相当，约是氢气的1000倍。
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另外，一般贮氢材料中，氢分解压 较低，所以用金属氢化物贮氢时并不必 用101.3MPa(1000atm)的耐压钢瓶。
10
可见，利用金属氢化物贮存氢从容积 来看是极为有利的。
但从氢所占的质量分数来看，仍比液 态氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难， 尤其体现在对汽车工业的应用上。
4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl
复合氢化物主要用做还原剂、引发剂和催化剂。
25
元素周期表中IA族元素(碱金属)和IIA族
元素(碱土金属)分别与氢形成MH、MH2化学 比例成分的金属氢化物。金属氢化物是白色
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（一）贮 氢 原 理
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应 2、金属氢化物的能量贮存、转换 3、金属氢化物的相平衡和热力学
22
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应
金属和氢的化合物统称为金属氢化物。
氢化物按它的结构大致分成三类：离子型氢 化物(又叫盐型氢化物)，共价型氢化物(又叫分 子型氢化物)，金属型氢化物。据最新研究,金 属型氢化物在有机合成及作储氢材料方面有重 要用途。例如,1体积钯可吸收700～900体积的 氢气成为金属氢化物,加热后又释放出氢气。
19
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。
20
同年在研究稀土化合物时发现了 LaNi5具有优异的吸氢特性;
1974年又发现了TiFe贮氢材料。 LaNi5和TiFe是目前性能最好的贮氢材料。
传统的基于液化氢和高压气态氢的储存方法 有很大的弊端。要携带足够行驶400-500km的高压 气态氢，容器必须由能禁受住高达700bar压力的 复合材料制成。如果发生撞车，后果不堪设想； 容器的绝热性对再次充氢不利，对压力进行有效 的控制就更是一个难题。
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要增加单位体积容器的储氢量，密度为70.8kg/m3 （21K,1atm）的液态氢相对可行，为此必须将氢气冷 却至21K，而该过程消耗的能量相当于储存氢气能量 的三分之一。
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：
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。
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贮氢材料中，氢密度极高，下表 列出几种金属氢化物中氢贮量及其他 氢形态中氢密度值。
8
(1)相对氢气瓶重量
从表中可知，金属氢化物的氢密度与液态氢、
为防止形成过高的压力，储氢系统必须是开放的， 于是透过绝热壁的有限热交换会使得每天有2-3%的氢 气蒸发损失，这进一步降低了储存的效率。液氢作为 燃料应用于航天飞机以及一些高速飞机。
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来自百度文库
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。
因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究 中长期探求的目标。
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汽车是消耗化石燃料的大户，汽车尾气 对于环境的污染也是尽人皆知。要保护环境， 必须推广氢燃料的汽车。在汽车上应用氢有 两种可能的方式：
一种是在发动机内部与氧气混合燃烧。 其能量转化效率（约25%）受卡诺热机效率所 限，仅比汽油的效率略高。
另一种是通过燃料电池产生电能，能量 转化效率能达到50-60%，约是前者的两倍。 所以现在的氢燃料汽车都倾向于第二种方式。15
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。
16
目前限制氢燃料汽车推广的最主要因素就是氢 气的储存问题。
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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。
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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。
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贮氢材料的作用相当于贮氢容器。