两种储氢金属合金的比较研究
氢气储能材料的制备及其应用研究
氢气储能材料的制备及其应用研究氢气一直以来都是人们梦想中的能源,因为它不仅无污染,而且储能密度极高,是各种能源中最为理想的一种。
然而,由于氢气分子比较小,在常温常压下很难储存,这就需要一种特殊的储氢材料来将氢气储存下来,并在需要时释放出来。
在这篇文章中,我将着重介绍氢气储能材料的制备及其应用研究。
一、氢气储能材料的种类氢气储存材料主要包括金属储氢材料、非金属储氢材料、化学吸附剂、非化学吸附剂等。
金属储氢材料的经典代表是钛合金、镁合金等。
这类储氢材料具有储存氢气密度大、储氢速度快等特点,但同时也存在储氢容量低、反应速率慢等问题。
非金属储氢材料的代表是碳纳米管、石墨烯等材料。
这类材料的优点是储氢容量相对较高,但由于分子较小,仍然存在储氢容量低、反应速率慢等问题。
化学吸附剂的代表是金属有机框架。
这类材料能够在相对较低的压力下储存氢气,并具有储氢容量较高的特点。
非化学吸附剂的代表是钰合金等。
这类材料具有储氢容量高、反应速率快等特点。
二、氢气储能材料的制备1.钛合金的制备钛合金是一种常见的储氢材料,其制备方法主要有物理方法、化学方法等。
物理方法包括旋转共沉淀法、高能球磨法等。
旋转共沉淀法通过控制反应条件,控制物质的结晶形态和大小,使其具有较高的储氢性能。
高能球磨法则是通过机械碾磨的方式,将粉末均匀混合、研磨,使其表面积和反应活性增加,从而提高其储氢性能。
2.金属有机框架的制备金属有机框架是一种常见的储氢材料,其制备方法主要有热化学法、水热法等。
热化学法是指将金属离子和有机配体在高温下进行反应,形成一种类似于晶体的结构。
水热法则是在高温、高压下将金属离子和有机成分在水中进行反应,从而制备出一种类似于多孔晶体的结构。
三、氢气储能材料的应用研究1.储氢材料在汽车领域的应用储氢材料在汽车领域的应用已经得到了广泛的关注和研究。
以金属储氢材料为例,其在汽车领域应用主要包括氢燃料电池汽车和氢气内燃机汽车。
氢燃料电池汽车是指将氢气通过燃料电池转化为电能,再通过电动机推动汽车运行。
配位氢化物储氢材料 Mg( BH4 ) 2 的研究进展
第29卷 第4期Vo l 29 No 4材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of M aterials Science &Engineering 总第132期Aug.2011文章编号:1673-2812(2011)04-0639-08配位氢化物储氢材料Mg(BH 4)2的研究进展陈君儿,熊智涛,吴国涛,褚海亮,陈 萍(中国科学院大连化学物理研究所,复合氢化物材料化学研究组,辽宁大连 116023)摘 要 M g (BH 4)2是一种新型配位氢化物储氢材料,因具有较高的质量储氢密度(14.8w t.%)和体积储氢密度(112g/L)而备受关注。
本文系统概述了近年来有关Mg (BH 4)2的诸多研究成果,主要包括Mg (BH 4)2合成,晶体结构解析及其储氢性能的表征研究。
在这些研究基础上,对该材料在储氢应用中可能涉及的动力学及热力学问题进行分析,同时预测该体系未来的研究方向和发展趋势。
关键词 储氢;硼氢化镁;热分解;晶体结构中图分类号:T K91 文献标识码:AReview on Hydrogen Storage in Mg(BH 4)2CHEN Jun -er,XIONG Zh-i tao,WU Guo -tao,CHU Ha-i liang,CHEN Ping(Dalian Institute of C hemical Physics,Chinese Academy of Science,Dalian 116023,C hina)Abstract M agnesium borohy dride M g (BH 4)2,having gravim etric and vo lum etric hydrog en densities of 14.9w t.%and 112g /L,respectively,is considered as one of the mo st promising materials fo r hydrogen storag e.Ex tensive inv estig ations have been paid on this com plex hy dride in the past few y ears.We summ ar ized resear ch prog resses on the sy nthesis,crystal structure and hydrog en storage perfo rmance of M g(BH 4)2in thispaper.Pending issues,such as kinetic barrier and reversibility o f hy drog en storage in M g (BH 4)2,w ere discussed,and further development of this sto rage m aterial w as sugg ested.Key words hydro gen stor ag e;m ag nesium bo rohydride;ther mal decomposition;cry stal structure收稿日期:2010-09-16;修订日期:2010-11-02基金项目:百人计划资助项目(KGC X2-YW -806)和中国科学院知识创新工程资助项目(KJCX2-YW -H 21)作者简介:陈君儿(1986-),女,浙江舟山人,硕士研究生,研究方向:储氢材料制备及其性能研究。
储氢合金的分类与性能
储氢合金的分类与基本性能储氢合金按组成元素的主要种类分为: 稀土系、钛系、锆系、镁系四大类,按主要组成元素的原子比分为:AB5 型、AB2 型、AB 型、A2B 型, 另外也可按晶态与非晶态, 粉末与薄膜进行分类。
储氢合金基本特征:二元储氢合金(或金属间化合物) 基本上是在1970 年前后相继被发现的. 这些二元储氢合金可分为AB5 型(稀土系合金,如形成LaNi5H6 )、AB2 型(Laves 相合金,如形成ZrV2H4.8 ) 、AB 型(钛系合金,如形成TiFeH1.9) 和A2B 型(镁基合金,如形成Mg2NiH4) .其中A 为氢化物稳定性元素(发热型金属) ,B 为氢化物不稳定性元素(吸热型金属) ,A 原子半径大于B 原子半径. 氢在金属和合金中比液态氢的密度高,氢能够在相对温和的条件下可逆吸放,并且伴随热的释放与吸收. 实验检测和模拟计算证明,氢主要以原子形式存在,部分带有负电荷。
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。
性能:较高的吸氢能力(储氢量高达1.37 重量% ) ,较易活化,对杂质不敏感以及吸脱氢不需高温高压(当释放温度高于40℃时放氢就很迅速) 等优良特性。
应用领域:是热泵、电池、空调器等应用中的理想候选材料,有很大的应用潜力。
影响元素、改进性能的研究方法:合金吸氢后晶胞体积膨胀较大, 易粉化, 比表面随之增大, 从而增大合金氧化的机会, 使合金过早失去吸放氢能力。
这就使氢镍电池中储氢容量衰减快, 而且价格昂贵。
由于纯稀土金属价格昂贵不能满足工业生产的大量需求, 为了降低成本, 人们利用混合稀土(Mm: La、Ce、Nd、Pr)、Ca、Ti 等置换LaNi5 中的部分La, 以Co、A l、M n、Fe、Cr、Cu、Si、Sn 等置换Ni 以改善性能, 开发出多元混合稀土储氢合金。
混合稀土储氢合金材料有富铈的和富镧的, 其优点是资源丰富, 成本较低。
储氢材料的原理解析与研究进展
氢是一种清洁的可再生能源。
储氢材料作为一种可逆的氢元素存储材料,在现代及未来的应用十分广泛。
对于储氢材料性质的研究,将会更好地推动我国相关研究领域的进步。
随着近年来我国经济的不断发展,能源消耗也在大幅度增加,化石能源储量减少,并产生一系列的环境问题,所以寻找一种安全可靠的绿色清洁能源是必然趋势,而氢元素一直是能源系列中的“宠儿”。
由于氢能是一种可循环利用的清洁能源,将在我国能源转换中扮演重要角色。
近年来,氢能产业从行业圈内逐渐走向大众视野,被认为是具有发展潜力的新型产业。
目前唯一存在的应用问题是氢能源的存储技术问题,为了解决这一问题,储氢材料正式问世,利用金属络合物储存氢能,其质量百分密度较高且具有一定的可逆性,实现了储氢材料的正式应用,而此类材料的具体应用也可以更好地推动相关领域的发展。
氢能的储存方式分析氢能是目前发现的能源体系中储量丰富且无公害的清洁能源,是理想化石燃料替代品,而且氢能在燃烧后的生成物只有水,对我国实现“碳达峰”“碳中和”等目标具有重要意义。
在氢能的应用体系中,氢能的存储制约了氢能走向实用化和规模化。
为了解决这一问题,诞生了储氢材料理念。
目前,有3种主要的储氢方式,分别为高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。
1高压气态储氢高压气态储氢是目前应用广泛、相对成熟的储氢技术,即通过压力将氢气液化至气瓶中加以储存。
该技术的优点在于,其充装释放氢气速度快,技术成熟及成本低。
而其缺点在于:一是对储氢压力容器的耐高压要求较高,商用气瓶设计压力达到20 MPa,一般充压力至15 MPa;二是其体积储氢密度不高,其体积储氢密度一般在18~40 g/L;三是在氢气压缩过程中能耗较大,且存在氢气泄漏和容器爆破等安全隐患问题。
2低温液体储氢为了解决高压气体储氢体积储氢密度低的问题,人们提出了液态储氢的概念,低温液态储氢将氢气冷却至-253℃,液化储存于低温绝热液氢罐中,储氢密度可达70.6 kg/m3,体积密度为气态时的845倍。
储氢材料
实现氢能经济的关键技术
廉价而又高效的制氢技术
——人类通过利用太阳能光解海水可以制得大量的氢
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
1) 能量密度低 2) 不太安全
液态储氢
1) 能耗高 2) 对储罐绝热性能要求高
固态储氢的优势:(金属或合金储氢)
工艺上降低成本,减轻重量,这种高容量贮氢器可在
氢能汽车、氢电动车、氢回收、氢净化、氢运输等领
域得到广泛的应用。
利用贮氢材料吸收氢的特性,可从氯碱、合 成氨的工业废气中回收氢;可方便而廉价地获取
超高纯H2(99.9999%),实现氢的净化;还可将难
与氢分离的气体,如而实现氢的分离;
AB5型储氢合金(以LaNi5为例)
优点:吸氢量大,室温即可活化,不易中毒,平衡 压力适中,吸放氢速度快且滞后小。 缺点:吸放氢循环过程中晶胞体积膨胀大,成本高, 大规模应用受限。 应用领域:热泵、电池、空调器中。
AB2型储氢合金(以TiMn2为例)
具有Laves相结构(当两组元合金元素的原子半径 比为1.2:1时形成的一种金属间化合物),不过成分 并不固定,可在很大范围内变化。 代表性合金: ZnMn2, TiMn2, TiCr2等。 优点:更高的氢气存储能力和循环寿命长。 缺点:活化困难、高速放电能力差、价格贵。
A2B型储氢合金(以Mg2Ni为例)
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300400℃,2.4-40MPa才能生成MgH2,反应速度较慢。 应用:车用动力型电池。
中国储氢的标准高压气瓶
中国储氢的标准高压气瓶目前,高压储氢罐主要包括全金属气瓶(I型)、金属内衬纤维环绕气瓶(II型)、非金属内衬纤维全绕气瓶(III 型)和非金属衬纤维全绕气罐(IV型)集装箱的安全监控。
质量储氢密度仅为1%~1.5%,常用于在钢瓶筒段外侧包裹复合纤维的少量氢II型钢瓶的固态储存。
制造成本比I型气瓶高50%,但重量减少了30%~40%,III型气瓶使用复合纤维材料完全包裹金属内衬。
此时,内衬的主要功能是防止氢气从复合材料间隙泄漏。
无压力的缸套相对较薄,使得III型气缸的质量仅为II型气缸的50%。
郑金阳等人设计的铝内衬纤维缠绕罐,选用碳纤维增强和环氧树脂基体作为承压层。
Enrico开发了87.5MPa钢制碳纤维缠绕大容量储氢容器,容量超过580L,并在大连氢站使用。
IV型气瓶通常内衬聚合物,如高密度聚乙烯,这会进一步降低气瓶的质量。
日本丰田公司开发的非金属内衬纤维缠绕气瓶的标称工作压力为70MPa,质量储氢密度为5.7%,体积储氢密度40.8kg/m3。
然而存在一些问题,如非金属衬里对氢气的密封性差以及金属和非金属结构之间的复杂结合。
将石墨烯片混合到聚合物基质中的方法可以将聚乙烯和不锈钢之间的粘合强度提高一个数量级内衬,即所谓的V型,工作压力为70~100MPa,使用寿命超过30年,目前仍处于研究阶段。
在高压和固态复合储氢的研究中,丰田开发了一种工作压力为35MPa的气罐,使用Ti-Cr-Mn合金作为储氢材料,储氢容量为7kg,储氢密度约为40kg/m3。
徐双清等人建立了高压固态复合系统储氢密度的数值分析模型,结果表明,增加合金载荷将显著增加系统的储氢密度。
内部构件的存在导致储氢密度的质量和体积分别降低 5.0%~8.2%。
分别为2.6%~4.4%。
Nguyen等人提出了一种具有三层绝缘结构的便携式储氢系统,其工作温度为77K,工作压力小于10MPa。
与商用IV型瓶相比,重量为31%,质量容量减少11%,材料成本为42%。
不同类型储氢瓶性能比较-深度解析复合材料高压气态储氢瓶
氢能利用完整链条包括生产、储存、运输、应用等几方面,而决定氢能是否广泛应用的关键是安全可靠的储氢技术。
车载储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢和有机液体储氢。
其中,高压储氢因具有设备结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快等优点而备受重视,是目前占绝对主导地位的氢能储输方式。
综合考虑压缩能耗、续驶里程、基础设施建设、安全等因素,高压储氢气瓶的公称工作压力一般为35-70MPa。
高压储氢气瓶主要分为四个类型:全金属气瓶(Ⅰ型)、金属内胆纤维环向缠绕气瓶(Ⅱ型)、金属内胆纤维全缠绕气瓶(Ⅲ型)、非金属内胆纤维全缠绕气瓶(Ⅳ型)。
其中,Ⅰ型、Ⅱ型重容比大,难以满足氢燃料电池汽车的储氢密度要求。
Ⅲ型、Ⅳ型瓶因采用了纤维全缠绕结构,具有重容比小、单位质量储氢密度高等优点,目前已广泛应用于氢燃料电池汽车。
一、各类型储氢瓶的比较伴随氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化,氢储运的难题正成为全世界的研究热点。
储氢瓶是其中非常重要的一种储运介质,下表列举了不同储氢瓶的各项性能对比。
表1 Ι~Ⅳ型储氢瓶伴随氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化,Ⅳ型储氢气瓶因其质量轻、耐疲劳等特点正成为全世界的研究热点,日本、韩国、美国与挪威等国的Ⅳ型储氢气瓶均已量产,其余国家也有相关计划加大Ⅳ型气瓶的研究力度。
IV型储氢瓶的制造成本在3000~3500美元,主要包括:复合材料、阀门、调节器、组装检查、氢气等,其中复合材料的成本占总成本的75%以上,而氢气本身的成本只占约0.5%。
储氢瓶技术的发展趋势是轻量化、高压力、高储氢密度、长寿命,相比传统的金属材料,高分子复合材料可以在保持相同耐压等级的同时,减小储罐壁厚,提高容量和氢存储效率,降低长途运输过程中的能耗成本。
因此,复合材料的性能和成本是IV型储氢气瓶制备的关键。
二、IV储氢瓶结构及材料复合材料储氢气瓶由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外保护层、缓冲层。
储氢材料
二、储氢合金
储氢合金在一定温度和压力下, 能可逆地吸收、 储存和释放H2。由于其储氢量大、污染少、制备 工艺相对成熟, 所以得到了广泛的应用。 储氢合金研究比较深入的主要有五种: 1)镁系 2)稀土系 3)钛系 4)锆系 5)V基固溶体储氢合金
1)镁系
镁基储氢材料以Mg2Ni 为代表。 镁合金密度小、储氢量大, 理论储氢质量分数达 71.6%, 是目前储氢材料研究的主要热点之一。 但其动力学性能以及在碱液中的循环寿命差, 因此 需要在动力学性能和循环寿命方面进行改善。近 年来, 主要对镁基合金化学组成的优化、合金的组 织结构及合金的表面改性等方面进行了相关的研 究,取得了一定进展。
2)稀土系
典型的稀土储氢合金La2Ni5 该合金具有吸氢快、易活化、平衡压力适中、易 调节、电催化活性好、高倍率放电性能好、对环 境污染小和循环寿命长等优点。 通过元素合金化、化学处理、非化学计量比、不 同的制备及热处理工艺等方法,La2Ni5型稀土储 氢合金作为商用电池的负极材料,目前该系列储 氢合金正向大容量、高寿命、耐低温、大电流等 方向发展。
五、有机液体氢化物储氢
有机液体氢化物储氢技术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氢载体, 可循环使用。 有机液体氢化物储氢具有储氢量大、能量密度高、 储运安全方便等优点,因此被认为是未来储运氢能 的有效方法之一。
三、配位氢化物储氢
配位氢化物储氢材料是现有储氢材料中体积和质量 储氢密度最高的储氢材料,其主要代表是硼氢化钠。 硼氢化钠是强还原剂,在催化剂存在下,通过加水 分解反应可产生比其自身含氢量多的H2,供给燃料电 池, 同时副产物偏硼酸钠可通过电解、球磨等方法 生成硼氢化钠,实现物质和能量循环。 硼氢化钠水解制氢技术安全、方便,是目前一种比 较热门的制氢技术。具有以下优点:不燃烧,在碱 性溶液中能稳定存在;产生H2的速度容易控制;副 产物能被循环利用;H2纯度高, 储存效率高。
金属氢化物储氢材料的研究与发展
金属氢化物储氢材料的研究与发展近年来,随着环保和能源危机的加剧,储氢技术正在成为人们关注的焦点。
因为储氢技术可以有效地储存能源,为未来能源的可持续发展提供了一条新的出路。
而金属氢化物储氢材料就是储氢技术中的重要组成部分之一。
一、金属氢化物储氢材料金属氢化物储氢材料是指通过与氢气反应,形成氢化物的金属材料。
储氢时,氢气吸附在储氢材料的表面或者内部空隙,从而形成氢化物储氢材料。
这种材料不仅能够吸氢,而且还可以释放出氢气,从而满足能源的需求。
目前,金属氢化物储氢材料主要分为两种类型,分别是轻金属氢化物和过渡金属氢化物。
轻金属氢化物主要包括镁、钠和铝等轻金属。
这种材料的优点是比较轻便、价格低廉,但其吸附氢气的能力较差。
过渡金属氢化物主要包括钛、锆、镍和铁等过渡金属。
这种材料的优点是吸附氢气的能力比较强,但价格相对较高。
二、金属氢化物储氢材料的研究进展随着科技的发展,金属氢化物储氢材料的研究也取得了一定的进展。
以过渡金属氢化物为例,钛系和锆系储氢材料是目前研究比较活跃的两个方向。
其中,锆系储氢材料具有高储氢容量、较低的反应活化度和较好的热稳定性等特点。
研究表明,锆系储氢材料的理论存氢量可以达到2.0wt%,但其反应活化度较低,需要高温才能进行储氢反应。
因此,如何提高锆系储氢材料的反应活化度,是当前研究的热点之一。
而钛系储氢材料则具有较高的反应活化度和储氢速率,但其储氢容量较低,只有1.5wt%左右。
因此,钛系储氢材料的研究主要集中在如何提高其储氢容量和维持其高活性的方向上。
目前,许多研究团队通过改变钛系储氢材料的组成和微观结构,以期望提高其储氢性能。
除此之外,还有一些新型金属氢化物储氢材料也正在被研究。
比如,基于金属有机骨架的储氢材料和基于金属-氧化物的复合储氢材料等,这些新型材料具有较高的储氢容量和热稳定性,但其制备工艺和成本也更加复杂和昂贵。
三、金属氢化物储氢材料的应用前景金属氢化物储氢材料因其高存氢能力、易于操控和储氢稳定性等优点,被广泛应用于氢能、新能源汽车、储能等领域。
储氢合金的分类与性能[整理]
储氢合金的分类与基本性能储氢合金按组成元素的主要种类分为: 稀土系、钛系、锆系、镁系四大类,按主要组成元素的原子比分为:AB5 型、AB2 型、AB 型、A2B 型, 另外也可按晶态与非晶态, 粉末与薄膜进行分类。
储氢合金基本特征:二元储氢合金(或金属间化合物) 基本上是在1970 年前后相继被发现的. 这些二元储氢合金可分为AB5 型(稀土系合金,如形成LaNi5H6 )、AB2 型(Laves 相合金,如形成ZrV2H4.8 ) 、AB 型(钛系合金,如形成TiFeH1.9) 和A2B 型(镁基合金,如形成Mg2NiH4) .其中A 为氢化物稳定性元素(发热型金属) ,B 为氢化物不稳定性元素(吸热型金属) ,A 原子半径大于B 原子半径. 氢在金属和合金中比液态氢的密度高,氢能够在相对温和的条件下可逆吸放,并且伴随热的释放与吸收. 实验检测和模拟计算证明,氢主要以原子形式存在,部分带有负电荷。
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。
性能:较高的吸氢能力(储氢量高达1.37 重量% ) ,较易活化,对杂质不敏感以及吸脱氢不需高温高压(当释放温度高于40℃时放氢就很迅速) 等优良特性。
应用领域:是热泵、电池、空调器等应用中的理想候选材料,有很大的应用潜力。
影响元素、改进性能的研究方法:合金吸氢后晶胞体积膨胀较大, 易粉化, 比表面随之增大, 从而增大合金氧化的机会, 使合金过早失去吸放氢能力。
这就使氢镍电池中储氢容量衰减快, 而且价格昂贵。
由于纯稀土金属价格昂贵不能满足工业生产的大量需求, 为了降低成本, 人们利用混合稀土(Mm: La、Ce、Nd、Pr)、Ca、Ti 等置换LaNi5 中的部分La, 以Co、A l、M n、Fe、Cr、Cu、Si、Sn 等置换Ni 以改善性能, 开发出多元混合稀土储氢合金。
混合稀土储氢合金材料有富铈的和富镧的, 其优点是资源丰富, 成本较低。
钛铁系储氢合金
FeTi吸氢,首先是氢分子被吸附到FeTi表面上,其中一些氢分子离解成氢原子。然后,这些氢原子进人金属晶体,占据晶格间隙。当气压力升高时(通常在某种临界浓度和压力下),金属被氢饱和而使金属进人一个新相,即氢化物相。如氢压进一步提高,最后都变成金属氢化物相。由于金属晶格中有许多间隙位置,可以高度紧密地容纳大量氢。 但是其缺点是吸氢和放氢循环中具有比较严重的滞后效应。为改善TiFe合金的储氢特性,可用过渡金属Co,Cr,Cu,Mn,Mo,Ni,Nb,V等置换部分铁形成多元合金以实现常温活化。过渡金属的加入,使合金活化性能得到改善,氢化物稳定性增加。
(3)分离、回收氢:工业生产中,有大量含氢的废气排放到空中白白浪费了。如能对其加以分离、回收、利用,则可节约巨大的能源。利用储氢合金分离氢气的方法与传统方法不同,当含氢的混合气体(氢分压高于合金-氢系平衡压)流过装有储氢合金的分离床时,氢被储氢合金吸收,形成金属氢化物,杂质排出;加热金属氢化物,即可释放出氢气。
ห้องสมุดไป่ตู้参考文献
(1)大角泰著.金属氢化合物的性质与应用[M].吴永宽译,北京化学工业出版社,1990
(2)刘永平,赵罡,李荣等.储氢合金的开发与应用[J].重庆大学学报,2003
(3)李全安,陈云贵,王丽华.贮氢合金的开发与应用[J ].材料开发与应用, 1999, 14 (3).
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。
储氢材料的研究进展
面及内部大的空腔使碳纳米管能吸附大量的氢,其高储氢 量、低质量密度和化学稳定性使其在车用储氢系统中具有 良好的应用前景。 受碳纳米管研究的启发,利用其它具有微纳米结构材料作 为纳不明贮米确氢纤。材维料和的TiS研2的究纳也米相管继等展。开关,于例微如纳M米oS材2、料B储N氢纳机米理管、尚
吸附贮氢。 化学法:无机化合物贮氢、有机液态氢化物 贮氢、金属氢化物贮氢、复杂氢化物(也称 络合物)贮氢
物理方法储氢
最简单、最常用的贮存方法是气态方式。贮存压力 低于17MPa,但体积密度较小(标准状态条件下为 0.089kg/m3)是该方法最严重的技术缺陷,其应 用范围也因此受到限制。即使已经研制能承受千 兆帕级(GPa)超高压的容器,但这种方法在运输和 使用过程中的安全隐患仍是人们担心和关注的问 题。 液态贮氢方式的体积密度高(70kg/m3),但氢气的 液化需要冷却到(21K)的超低温下才能实现,但此 过程需要大量的能量,且成本高,条件苛刻,使 得液态贮氢技术也难以广泛应用,仅用于航天领 域。
优缺点:
LaNi5 初期氢化容易, 反应速度快,20 ℃时的 氢分解压仅几个大气压, 吸放氢性能优良。 LaNi5 储氢合金的主要缺点是镧的价格高, 循环退化严重, 易于粉化, 并且储氢量偏低, 只有1.4wt%左右。
• 但是由于其优异的吸放氢动力学性能,近 年来有仍很多对LaNi5合金改性来提高储氢 量的研究。主要改性方法是引入其它金属 元素,使LaNi5合金多元化。目前已研究的 三元系列主要有两类LaNi5-xMx(M=Al、 Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、pd、pt)和 R0.2LaO.8Ni5(R=Zr、Gd、Nd、Y、Th)。
金属材料之储氢材料
④储氢材料的导热性
在反复吸储和释放氢的过程中,形成微粉层 使导热性能很差, 氢的可逆反应的热效应要求将 其及时导出.
⑤滞后现象和平域
用于热泵系统的储氢材料,滞后现象应小,平 域宜宽.
⑥安全性
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贮氢合金
2. 储氢材料的种类
镁系贮氢合金
三
稀土贮氢合金
大 系
贮氢合金的分类 (按合金系统)
• 金属氢化物 • 配位氢化物 • 纳米材料
储氢合金及其应用得到迅速发展.
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储氢合金能以金属氢化物的形式吸收氢,加热 后又能释放氢,是一种安全、经济而有效的储 氢方法.
金属氢化物不仅具有储氢特性,而且具有将 化学能与热能或机械能相互转化的机能, 从而 能利用反应过程中的焓变开发热能的化学储存 与输送, 有效利用废热形式的低质热源.因此,储 氢合金的众多应用以受到人们的特别关注.
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。
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根据Gibbs相率,压力-浓度等温线(PCT曲线)如下图所示:
平台压力
PCT曲线横轴固相中氢与金属原子比,纵轴氢压
储氢材料镁镍合金
密度高、镁资源丰富、环境污染影响小等许多 优良特性 。镁镍合金的储氢能力,理论上可以 达到合金自身重量的3.6%。
氢化燃烧合成法
■ 燃烧合成:利用反应物之间放热反应的 热量来合成产物 。
■ 氢化燃烧合成法:将合成反应置于氢氛 景
■ 大量实验,研究、总结其反应特性和合 成条件,研制高纯、高活性的氢化镁镍 合金。
■ 研制多元合金,改善镁基合金的储氢性 能。
■ 对现有结论进行微观研究,并由此指导 有关工艺研究。
(MPa) (MPa) 样品5 氩气 0.1 氩气 0.1 Peak2,2’ 样品6 氩气 0.1 氢气 2.0 Peak3,4,2,2’ 样品7 氢气 2.0 氩气 0.1 Peak0,1,2,2’
样品7的DSC曲线
■ 以上三个样品的合成产物相组成的X射线 衍射分析表明,样品5和样品7主要由 Mg2Ni单相组成;样品6主要由Mg2NiH4和 Mg2NiH0.3两相组成。
储氢材料镁镍合金Mg2NiH4 氢化燃烧合成
储氢材料定义
■ 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 ■ 储氢材料是能够担负能量储存、转换和 输送功能的物质,“载氢体”或“载能 体”。(广义)
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
■ Peak 1来自脱氢反应;Peak 2来自于镁镍体系 的共晶反应(镁镍体系的共晶温度779K); Peak 3来自吸氢反应。
■ 四个样品的合成产物相组成经X射线衍射分析 表明均主要由Mg2NiH4和Mg2NiH0.3二相组成。
储氢合金的制备方法与研究进展
整个体系处于非 平衡化(存在大量 缺陷或非晶结构)
MA材料制备工艺过程
处理 过程
粉末+添加剂(PCA)
特征 细粉末(5~160μm)
高能球磨(HEBM)
高能球磨合金粉末
除气
已除气粉末
动态再结晶超细化晶粒 0.05μm 弥散化 晶粒生长~0.1μm 亚结构的形成 细小晶粒 ~0.1μm
热压
已成型粉末
粉碎靠球落 下时的冲击 作用和球与 球间的摩擦
离心力>重 力,球与筒 体一起转动 无研磨效果
球和物料随球磨筒转速不同的三种状态
颗粒挤压 冷焊→破碎
团聚
团聚颗粒释放
球间中心线
不同元素的新鲜表面不断 暴露,在压力下相互冷焊,
形成层间有一定原子结合
力的多层结构复合粒子
挤压(严重塑变) →冷焊→破碎→再挤压
储氢方式 基本原理 特性比较
采用压缩、冷冻、吸附等 ① 储氢量小(15MPa,氢气重 气态储氢 方式,将压缩氢气储存于钢 量尚不到钢瓶重量的1/100); 瓶中。 ② 使用不方便; ③ 有一定的危险性。 将氢气液化后储存。 ① 深冷液化能耗高(液化1kg氢 气约需耗电4~10kW· h); ② 须有极好的绝热保护; 液态储氢 ③ 绝热层的体积和重量往往与 储箱相当。 金属或合金与氢反应生成 ① 氢以原子态储存于金属中, 金属氢化物,实现储氢;金 储氢密度大; 属氢化物加热后分解释放出 ② 不易爆炸,安全性强; 氢化物储氢 氢气,实现放氢。 ③ 储存、运输和使用方便; ④ 可多次循环使用。
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储氢合金的制备方法与研究进展
3105100531~35
储氢合晶的制备方法与研究进展
引言 原理(34.王洲)
A2B型Ti2Ni基储氢合金研究进展
A2B型Ti2Ni基储氢合金研究进展马立群;赵相玉;丁毅;沈晓冬【摘要】质量轻、储量大、清洁的氢是未来一种比较理想的能源载体.而氢的安全、高效存储是实现氢应用的关键问题之一.作为一种储氢材料的储氢合金一直是储氢研究的热点之一.其中,A2B型Ti2Ni基储氢合金具有较大的理论储氢容量(约500mAh/g),受到广泛的关注.介绍了晶态Ti2Ni合金的结构特性,概述了Ti2Ni基储氢合金的研究进展,并提出了相关研究中存在的问题及今后发展的研究方向.【期刊名称】《南京工业大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2010(032)005【总页数】5页(P106-110)【关键词】储氢合金;Ti2Ni;元素替代;循环寿命;电化学性能【作者】马立群;赵相玉;丁毅;沈晓冬【作者单位】南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009;南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009;南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009;南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009【正文语种】中文【中图分类】TG139.721世纪人类社会面临着两大危机[1]:一是人为因素导致的气候变化,如气温升高;二是传统化石能源的急剧减少.化石能源的开采、生产带来了严重的环境地质问题,它的使用是地球环境污染的重要根源,而洁净、储量大、质量轻的氢能源大有成为未来一种比较理想的能源载体[2].氢的安全、高效存储是实现氢应用的关键问题之一.科技工作者致力于寻求比传统高压气态或液化储氢更安全、有效的新型储氢体系,且要求这些新型储氢体系能够在常温、常压下储氢.近年来,大量与此相关的工作得到了开展,有物理储氢材料,如活性碳、碳纳米管、碳纤维[3-4]及金属-有机框架等[5];也有化学储氢材料,如储氢合金[6]和轻金属氢化物[7]等.作为镍氢电池负极材料主要组成部分的储氢合金,对镍氢电池的性能起到决定性的作用.根据合金结构的不同,可将储氢合金主要分为以下几类:AB5型LaNi5基合金、A2B型Mg2Ni基合金、AB3型LaNi3基合金、A2B7型La2Ni7基合金、AB2型Zr V2基合金、AB型TiFe或Ti2Ni基合金以及V基固溶体合金等.目前,用于商品化镍氢电池负极材料中的储氢合金有LaNi5基和Zr-Ti-V基储氢合金以及近几年由日本三洋公司首先推出的超结构(AB3+x)合金.前两类合金的不足之处在于容量低或动力学性能较差,而且价格高和质量大也使它们在应用中有局限性,因而迫切需要具有更好性能的电极材料来加以替代.而超结构合金制备成本高、工艺较复杂,且其循环稳定性也有待进一步提高.Mg2Ni合金,即通常所指的A2B型储氢合金[2],其理论储氢容量接近1 000mAh/g,且其价格低、质量轻,但该合金在室温下吸放氢动力学性能极差;在碱液中容易发生腐蚀,生成疏松的MgO和Mg(OH)2层,一方面使得合金容量衰减较快,另一方面极大地降低了合金的催化活性.研究者通过改变其主相结构[8]、元素替代[9]、表面处理[10]以及复合处理[11]等方法能够使Mg2Ni合金的电化学储氢性能得到一定程度的改善.然而,从目前研究结果来看,Mg2Ni基合金不适合作为镍氢电池中的电化学储氢材料.另一种A2B型储氢合金为具有面心立方结构的Ti2Ni合金,也含有较多的储氢位置,其理论储氢容量约为500 mAh/g.从Ti、Ni元素的价电子结构来看,该合金也比较适合作为储氢材料.我国钛资源探明储量位居世界第一,Ti2Ni合金中Ni质量分数仅为LaNi5中Ni的56%.因此,研究Ti2Ni基储氢合金具有重要意义和广泛前景.本文介绍了Ti2Ni合金的晶体结构,总结了近些年Ti2Ni基储氢合金的研究概况.Ti2Ni合金的晶体结构为复杂面心立方结构[12],如图1所示(源晶体结构数据来自I CSD-15808).每个晶胞有96个原子(64个Ti原子和32个Ni原子),晶格常数为1.127 8 nm;空间群为Fd3m;配位数为12;Ni原子形成规则的四面体,而Ti原子形成规则的八面体;每个Ni原子可以和3个Ni原子、9个Ti原子配位形成一个变形的二十面体,而每个Ti原子可以和近邻的2个Ni原子、10个Ti原子,4个Ni原子和8个Ti原子,或6个Ni原子、6个Ti原子配位.合金中Ti原子间距离和纯Ti中的(0.293 nm)比较接近,而合金中Ni原子间距离(0.287±0.004 nm)比纯Ni中的大(0.249 nm).早期的有关Ti2Ni基合金的研究主要集中在合金的结构表征及磁性性能研究[12-14]上.Ti2Ni合金可以具有晶态和非晶态结构,它本身没有磁性,在合金中添加Si或V元素制备成具有准晶结构和顺磁性的Ti2Ni基合金,而且Ti2Ni基准晶相的化学组成和结晶相的化学组成相同.Buchner等[15]研究了Ti2Ni合金的气态储氢特性,合金吸氢后可形成氢化物Ti2NiH2.9.合金在150℃下吸氢,能够形成氢化物Ti2NiH2.5;PCT曲线上在压力10、60 kPa处各有一个分别对应于形成氢化物Ti2NiH、Ti2NiH2的吸氢平台.Ti2Ni合金的理论电化学储氢容量达500mAh/g,比LaNi5的理论容量(372mAh/g)高很多.早些年,Wakao等[16-17]在研究Ti-Ni和Ti-Zr-Ni体系的电化学储氢性能的论文中涉及到了TiNix和Ti1-yZryNi0.5合金的储氢性能,Zr元素的加入能够提高合金的耐腐蚀能力,但文中采用烧结法制备合金是在H2气氛下完成的,烧结后所形成多元合金的化学结构组成不是Ti2Ni型.Luan等[18-19]研究了由电弧熔炼法制备的晶态Ti2Ni合金的电化学储氢性能,研究结果表明,合金的最大放电容量仅为160 mAh/g,且循环稳定性极差.研究者通过X线衍射分析,认为容量的急剧衰减是由于在充放电循环过程中不可逆相Ti2NiH0.5的形成和积累以及随后的氧化导致的[18].Luan等[19-22]还采用元素替代以期改善合金的循环稳定性,如用Al[19]、Co[20]、K-B[21-22]等元素取代Ni元素,但均不能解决不可逆相问题.Al元素的添加(Ti2Ni0.97Al0.03)使Ti2Al相产生,一方面促进了合金表面钝化,从而提高了合金的耐蚀性能;另一方面使合金内的储氢位置减少,从而降低了合金的放电容量.Co元素的添加也能够提高合金的耐蚀性,且增大了合金晶格,从而有利于储氢也提高了合金抗粉化性能,但当添加的Co的原子质量分数超过0.67%(Ti2Ni0.98Co0.02)时,合金的储氢位置减少这一因素占优,导致放电容量降低.由于K元素较负的电极电位,它的加入能够提高合金的耐蚀性,而B元素的加入可能使合金的晶格膨胀,从而增大了放电容量,但二者对不可逆相的抑制没有任何贡献.Luan等[18-19]研究的结果存在的一个比较明显的问题,即Ti2Ni合金的放电截止电位为-0.2V(相对于Hg/HgO电极),而经元素替代后的合金的放电截止电位为-0.7 V(相对于Hg/HgO电极)[19-22],这样来比较它们的电化学性能是不正确的.Wang等[23]认为Ti2Ni合金具有较高的储氢容量,但可逆吸放氢性能差,这不是因为形成了高稳定性的氢化物,是由于合金的放电动力学性能差.用具有高氢催化活性的Pd元素取代部分Ni元素,能够提高合金的循环稳定性;Nb元素的加入也能使合金的放电容量和循环稳定性得到一定程度的改善;添加与Pd催化活性比较接近而在碱液中耐蚀性差的MoCo3不能改善合金的循环稳定性.非金属元素也被作为替代元素添加到Ti2Ni合金中[24-28].采用电弧熔炼法制备Ti-Ni-X(X=C、N、O)合金的原料包括Ti、Ni、TiO2、TiN和TiC.非金属元素的加入没有破坏原始的晶体结构,它们占据Ti2Ni合金中部分间隙位置,能够降低氢化物的稳定性,提高放氢平台压;放电容量也得到了较大的提高,如Ti4Ni2O0.2的放电容量可达360 mAh/g,经过2次循环后,容量保持率为85%,但经过20次循环后,容量保持率仅为32%,容量衰减很严重,这可能是由于形成了稳定的氢化物和TiH(O)x 氧化物[28].在Ti4Ni2O0.3合金中用Zr元素取代Ti,对放电性能几乎没有改善,而且还使放氢变得困难[25];另外,Zr的加入使合金晶格尺寸变大,但合金组成难以控制,容易形成不利于吸放氢的第二相.用V取代Ti4Ni2Ox中部分Ti[27],合金的放电容量可达200mAh/g,经100次循环后,容量保持率为30%,和原始Ti2Ni合金相比,其放电性能得到一定的改善.氢在合金表面的解离是吸氢的首要步骤,因此,合金的表面结构对氢电催化活性及合金在碱液中的耐腐蚀性能有至关重要的作用.储氢合金粉的活性表面积很大,在空气和碱液中很容易被氧化,所以去除储氢合金表面氧化层及易氧化物质,使合金表面既有很好的耐腐蚀层又有良好的氢催化活性是储氢合金既有高催化活性又有良好循环寿命的关键.目前,储氢合金表面处理的研究集中在针对LaNi5基储氢合金上,主要包括:1)利用化学镀和电镀[29]来改变合金的表面状态,使合金表面形成耐蚀且有良好活性的表面层,改善了合金的活化性能,但单独使用活性镀层对于延长合金的使用寿命方面效果不明显,且镀层降低了合金的比容量.图2给出的经化学镀后合金的断面形貌图显示,合金粉表面被包裹了外来镀层.2)采用氟化处理[30]使合金表面的氧化层溶解,合金表面形成富镍层,从而改善了合金的表面催化性能,提高了合金的高倍率放电能力.但该处理技术溶解了部分合金材料,且使表层形成氟化物,从而会降低合金的比容量.此外,表面处理后所生成的富镍层在碱液中仍会形成NiO层.3)通过热碱处理[31]使合金的表面氧化层溶解,但此方法不能维持合金表面在强碱溶液中的耐蚀能力.4)将合金粉浸在含有少量还原剂的碱性溶液[32]中可使氧化层溶解,提高合金的电催化活性.近期,对La-Mg-Ni系储氢合金也实施了传统表面的技术处理,如碱处理、化学沉积[33-34]等,但没有显著改善合金的循环寿命,合金容量衰减仍很严重,经过几十次循环后容量保持率仅为70%左右,与商品化LaNi5基合金的循环稳定性还有较大差距.这可能是因为该类合金自身耐蚀性差,且在充放电循环中合金极易粉化.对于Ti2Ni 储氢合金也涉及了表面处理的研究,即采用表面化学镀法在合金表面包裹Ni-P层,这对合金的耐腐蚀性能有一定提高[35].但由于合金充放电过程中形成了不可逆相氢化物,加之合金自身抗粉化性能差,表面处理对合金电化学性能的改善作用甚微. 近期,中科院长春应用化学研究所用V取代Ti2Ni合金中的部分Ti[36],制备了主相结构为准晶态的(Ti1-xVx)2Ni(x=0.05~0.30)合金,但合金中仍含有结晶态Ti2Ni 相.在放电电流为30 mA/g的条件下,合金的最大放电容量约为250mAh/g(60mA/g,303 K),30次循环后,容量保持率达80%,V取代及准晶结构的形成使得合金的循环稳定性得到显著提高.Zhao等[37]采用非平衡加工技术制备纳米晶、非晶态Ti2Ni合金,所形成的非平衡结构,尤其是非晶结构能够有效抑制充氢过程中不可逆相的形成,且非晶结构显著提高了合金的抗粉化能力、耐蚀能力和循环寿命,但放电容量有所降低.可见,合金循环稳定性改变的主要原因可能取决于合金的主相结构.研究Ti2Ni基合金的相结构,实现在放电容量和循环寿命上的突破,具有重要的理论意义和实用价值.从目前Ti2Ni基储氢合金的研究情况来看,研究内容很杂乱,只有很少研究涉及Ti2Ni合金的电化学储氢特性.这可能和先期研究所得到的性能指标较差有关.值得关注的是,相关研究还存在很多问题需要探讨和解决,主要包括以下几个方面:1)晶态Ti2Ni合金的电化学放电容量只有Luan等[19-22]给出了实验结果,其他文献均是引用他们给出的结果.但Luan等所给出的放电截止电位为-0.2V(相对于Hg/HgO电极),这会导致合金严重钝化,从而所得出的放电容量不准确.此外,Ti2Ni 合金的充电特性及高倍率性能也亟待研究;2)Ti2Ni合金的放电容量衰减机理有待进一步探讨与论证,合金在充放电过程中相结构的变化以及耐碱液腐蚀能力均需要明确的表征;3)合金的相结构和表面结构对合金的电化学充放电性能起到了至关重要的作用.而Ti2Ni合金的相关研究尚不清楚;4)要明确元素替代对合金性能的影响,必须很好地控制合金的组成.而先期的相关研究表明,所制得的合金组成与名义组成有较大差别,这势必影响结果的可靠性;5)晶态Ti2Ni合金在碱液中耐蚀性很差,且在吸放氢过程中极易粉化.在没有解决合金粉化问题的情况下,研究和讨论表面处理对合金性能的影响意义很小.当前Ti2Ni 基合金电化学吸放氢的最大问题是循环稳定性差,解决这个问题是实现Ti2Ni基合金作为实用化电化学储氢材料的难点和突破口.本文介绍了晶态Ti2Ni合金的结构特性,综述了Ti2Ni基储氢合金气态储氢,尤其是电化学储氢特性的研究进展,包括晶态Ti2Ni基储氢合金的储氢特性以及金属元素和非金属元素替代、表面处理及相结构对合金性能的影响,并就当前研究概况提出了存在的问题.针对上述的一些问题,可在以下几个方面开展相关研究工作:1)系统研究Ti2Ni合金的电化学吸放氢特性,如充放氢后合金结构的变化、温度及颗粒尺寸对放电性能的影响、合金在碱液中的腐蚀行为、高倍率放电特性和电化学动力学性能等.2)综合考虑合金相结构和表面结构的作用,探明合金结构与电化学储氢性能的关系.3)在不改变A2B型相结构的前提下,研究元素替代对改善合金性能的作用机理.在消除粉化、不可逆相等影响因素的前提下,研究表面层结构对合金性能的影响规律.【相关文献】[1] 毛宗强.氢能:人类未来的清洁能源[J].太阳能,2007(1):9-11.Mao Zongqiang.Hydrogen:the clean energy for human in the future[J].Solar Energy,2007(1):9-11.[2] Schlapbach L,Züttel A.Hydrogen-storage materials for mobileapplications[J].Nature,2001,414(15):353-358.[3] Pierre B,Chahine R.Storage of hydrogen by physisorption on 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钒基固态储氢与镁基固态
钒基固态储氢与镁基固态
一、引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
二、固态储氢技术概述
• 2.1 固态储氢的定义
• 2.2 固态储氢的分类
• 2.3 固态储氢技术的应用领域
三、钒基固态储氢技术
• 3.1 钒基固态储氢原理
• 3.2 钒基固态储氢材料的研究进展
– 3.2.1 钒基储氢合金的合成方法
– 3.2.2 钒基储氢合金的储氢性能研究
• 3.3 钒基固态储氢技术的优点和挑战
四、镁基固态储氢技术
• 4.1 镁基固态储氢原理
• 4.2 镁基固态储氢材料的研究进展
– 4.2.1 镁合金的改性方法
– 4.2.2 镁合金的储氢性能研究
• 4.3 镁基固态储氢技术的优点和挑战
五、钒基固态储氢与镁基固态储氢的比较
• 5.1 储氢性能比较
• 5.2 储氢反应动力学比较
• 5.3 实际应用比较
六、发展前景与展望
• 6.1 钒基固态储氢技术的发展前景
• 6.2 镁基固态储氢技术的发展前景
• 6.3 钒基固态储氢与镁基固态储氢的结合
七、结论
八、致谢
九、参考文献。
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两种储氢金属合金的比较研究
储氢作为一种新型能源,一直是科学家们研究的重点。
对于光伏、风能等可再生能源而言,储氢作为一种调节能源供应的方式,同样非常重要。
在各种储氢材料中,储氢金属合金是一种比较常见,且具有良好储氢性能的材料。
本文将介绍两种常见的储氢金属合金,并对此进行比较研究。
1. 第一种储氢金属合金:Mg-Ti-A的合金
Mg-Ti-A合金是一种将镁和钛作为基底材料的储氢金属合金。
其中,A通常是指其他金属元素,例如Ni、Cu等。
这种金属合金不仅具有良好的储氢性能和重量轻的特点,而且适用范围较广,比如可以用于制造储氢罐等。
在制造过程中,Mg-Ti-A合金中的元素是以比例精确混合的,并进行热压变形和退火处理,以获得良好的晶体结构和储氢性能。
Mg-Ti-A合金的储氢性能非常优秀。
它的储氢容量可以达到7.0-7.6 wt.%,充氢速率和放氢速率都非常快,同时也具有良好的重复性,能够多次充放氢,依然能够维持较好的储氢性能。
2. 第二种储氢金属合金:Ti-Si-Y的合金
Ti-Si-Y合金是一种将钛、硅和稀土金属钇作为基底材料的储氢金属合金。
相比于Mg-Ti-A合金,Ti-Si-Y合金的储氢容量更高,但总体上适用范围比较窄,主要用于制造储氢材料、电池材料等。
Ti-Si-Y合金的制造过程主要包括反应烧结、冷却、拔锥拉伸和动态热量分析等步骤。
这些步骤可以获得良好的晶体结构和储氢性能。
Ti-Si-Y合金的储氢性能非常优秀。
它的储氢容量可以达到3.7 wt.%,充氢速率和放氢速率也非常快,但是在多次循环的过程中容易出现性能下降的问题,需要重新进行热处理。
3. 两种合金的比较研究
通过以上对两种储氢金属合金的介绍,我们可以发现它们有着许多共性,例如
良好的储氢性能、重量轻等,但也存在一些不同之处。
首先,两种合金的储氢容量有一定的差异,Mg-Ti-A合金的储氢容量可以达到7.0-7.6 wt.%,而Ti-Si-Y合金的储氢容量则只有3.7 wt.%。
这主要是由于两种合金
的材料组成不同所致。
其次,两种合金的适用范围也有所不同。
Mg-Ti-A合金可以用于制造储氢罐等
广泛的应用领域,而Ti-Si-Y合金则主要用于制造储氢材料、电池材料等特殊领域。
总的来说,两种储氢金属合金都具有着很好的储氢性能和重量轻的特点,而
Mg-Ti-A合金适用领域更广。
在实际应用时,应根据实际需求进行合理选择。
4. 结语
储氢金属合金是一种具有良好储氢性能的材料,也是当今社会研究的热点之一。
本文介绍了Mg-Ti-A合金和Ti-Si-Y合金两种典型的储氢金属合金,并对其进行了
比较研究。
希望读者可以通过本文对储氢金属合金有更深入的了解,并在实际应用中做出合理选择。