金属材料之储氢材料
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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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15
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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19
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
a
20
O一A:为吸氢过程的第一步，金属吸氢，形成含氢固溶
体;其固溶度[H]M与固溶体平衡氢压的平方根成正比：1
a
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。
a
13
作为储氢合金必须容易吸收氢，又能不太困难 释放氢 共价键型化合物中氢与元素的键和作用不强， 氢化物的稳定性差、易分解，氢在这种化合物中 不易存留 分子型和大多数离子键型氢化物十分稳定很 难分解，即氢化物中的氢不易释放出来 适合做储氢材料的主要是一些适当的金属键 型氢化物
a
14
储氢材料技术现状
a
16
贮氢合金粉
a
17
金属的贮氢原理
贮氢合金
物理方式贮氢：如采用压 缩、冷冻、吸附等方式；
氢的存贮方式
金属氢化物贮氢： 氢化物 具有优异的吸放氢性能外， 还兼顾了很多其它功能。
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可逆反应生成金属
固溶体MHx和氢化物MHy。反应分三步进行。
a
18
贮氢合金
氢在金属中的吸收和释放，取决于金属和氢的相 平衡关系，影响相平衡的因素为温度、压力和组 成。（也就是金属吸氢生成金属氢化物还是金属 氢化物分解释放氢，受温度、压力和合金成分的 控制）
M+xH2→MHx+△H (生成热，＜0)
金属与氢的反应是一个可逆过程。
正向反应吸氢、放热，逆向反应释氢、吸热。
p
2 H2
HM
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
a
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曲线的
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6
a
7
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wenku.baidu.com物
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
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8
实现氢能经济的关键技术
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。
贮氢合金 hydrogen storage metal
能源危机？
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1
能源危机与环境问题
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！！！（科技日报，2004年2月25日，
第二版）
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
a
10
不同储氢方式的比较总结
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 。
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11
体积比较
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12
金属氢化物与储氢合金 氢化物的分类
氢几乎可以与所有的元素反应生成各种氢化物,氢化物大致可 以分为四类: 1、离子键型 指氢与一二主族金属反应的离子键化合物如LiH、 MgH2等 2、金属型 指氢与过渡族金属反应的金属键化合物如TiH1.7 3、共价键高聚合型 氢与硼及其附近元素反应的共价键型化 合物如B2H6、AlH3 4、分子型 指氢与非金属反应的分子型化合物NH3、H2O等
动植物的生存！！！
人类的出路何在？－新能源研究势在必
行！！！
a
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。
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4
生物质能
高梁、玉米和薯类等经过发酵、蒸馏，可得到乙
醇，乙醇属于可再生能源，酒精是乙醇的俗称。
乙醇的化学式：C2H5OH
C2H5OH ＋3O2
2CO2＋3H2O
乙醇燃烧时放出大量的热，所以它被用作酒精灯、
火锅、内燃机等的燃料。在汽油中加入适量乙
醇作为汽车燃料，减少汽车尾气的污染。
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5
风能
太阳能在地面上约2％转变为风能，全球风力用 于发电功率可达11.3万亿kW，很有发展前景。 风能与风速密切相关，我国沿海与西北地区的 风力资源丰富，大有作为，但风车材料是关键。 －个2.5MW的风车，转子叶片直径要80ｍ， 包括传动箱的总重达30t；风车高近百米，用 材几百吨。风车叶片耍有足够的强度和抗疲劳 性能（全寿命转数要求109以上），目前主要 采用玻璃钢或碳纤维增强塑料，正向增强木材 发展。
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
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9
储氢方法有三种： 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； 液态：将气态氢降温到－252.6oC变为液体进行储存， 能耗大，而且需要超低温用的特殊容器，防止液态氢 汽化。 固态：储氢密度与液态相同或更高，安全
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
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O一A:为吸氢过程的第一步，金属吸氢，形成含氢固溶
体;其固溶度[H]M与固溶体平衡氢压的平方根成正比：1
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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。
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作为储氢合金必须容易吸收氢，又能不太困难 释放氢 共价键型化合物中氢与元素的键和作用不强， 氢化物的稳定性差、易分解，氢在这种化合物中 不易存留 分子型和大多数离子键型氢化物十分稳定很 难分解，即氢化物中的氢不易释放出来 适合做储氢材料的主要是一些适当的金属键 型氢化物
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储氢材料技术现状
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16
贮氢合金粉
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17
金属的贮氢原理
贮氢合金
物理方式贮氢：如采用压 缩、冷冻、吸附等方式；
氢的存贮方式
金属氢化物贮氢： 氢化物 具有优异的吸放氢性能外， 还兼顾了很多其它功能。
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可逆反应生成金属
固溶体MHx和氢化物MHy。反应分三步进行。
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贮氢合金
氢在金属中的吸收和释放，取决于金属和氢的相 平衡关系，影响相平衡的因素为温度、压力和组 成。（也就是金属吸氢生成金属氢化物还是金属 氢化物分解释放氢，受温度、压力和合金成分的 控制）
M+xH2→MHx+△H (生成热，＜0)
金属与氢的反应是一个可逆过程。
正向反应吸氢、放热，逆向反应释氢、吸热。
p
2 H2
HM
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
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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曲线的
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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wenku.baidu.com物
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
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实现氢能经济的关键技术
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。
贮氢合金 hydrogen storage metal
能源危机？
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1
能源危机与环境问题
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！！！（科技日报，2004年2月25日，
第二版）
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
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不同储氢方式的比较总结
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 。
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体积比较
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金属氢化物与储氢合金 氢化物的分类
氢几乎可以与所有的元素反应生成各种氢化物,氢化物大致可 以分为四类: 1、离子键型 指氢与一二主族金属反应的离子键化合物如LiH、 MgH2等 2、金属型 指氢与过渡族金属反应的金属键化合物如TiH1.7 3、共价键高聚合型 氢与硼及其附近元素反应的共价键型化 合物如B2H6、AlH3 4、分子型 指氢与非金属反应的分子型化合物NH3、H2O等
动植物的生存！！！
人类的出路何在？－新能源研究势在必
行！！！
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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。
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生物质能
高梁、玉米和薯类等经过发酵、蒸馏，可得到乙
醇，乙醇属于可再生能源，酒精是乙醇的俗称。
乙醇的化学式：C2H5OH
C2H5OH ＋3O2
2CO2＋3H2O
乙醇燃烧时放出大量的热，所以它被用作酒精灯、
火锅、内燃机等的燃料。在汽油中加入适量乙
醇作为汽车燃料，减少汽车尾气的污染。
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风能
太阳能在地面上约2％转变为风能，全球风力用 于发电功率可达11.3万亿kW，很有发展前景。 风能与风速密切相关，我国沿海与西北地区的 风力资源丰富，大有作为，但风车材料是关键。 －个2.5MW的风车，转子叶片直径要80ｍ， 包括传动箱的总重达30t；风车高近百米，用 材几百吨。风车叶片耍有足够的强度和抗疲劳 性能（全寿命转数要求109以上），目前主要 采用玻璃钢或碳纤维增强塑料，正向增强木材 发展。
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
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储氢方法有三种： 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； 液态：将气态氢降温到－252.6oC变为液体进行储存， 能耗大，而且需要超低温用的特殊容器，防止液态氢 汽化。 固态：储氢密度与液态相同或更高，安全