金属材料之储氢材料
金属氢化物储氢材料的制备及应用研究
金属氢化物储氢材料的制备及应用研究近年来，由于全球氢能产业的快速发展，研究金属氢化物储氢材料已成为科研人员的热门领域。
金属氢化物储氢材料因其高储氢量、快速充放氢速度、优异的循环稳定性等特性，成为氢能储备、运输和利用的重要材料。
一、金属氢化物储氢材料的制备方法1.1 物理化学法物理化学法是一种常用的金属氢化物储氢材料制备方法，包括共沉淀、溶剂热、熔盐电解、磁控溅射等技术。
其中，共沉淀法是最为传统和广泛采用的方法之一，通过调节pH值、温度、沉淀剂等影响因素来控制金属离子的还原和氢反应的控制。
在溶剂热法中，所需的金属或金属合金在溶剂中进行热反应，水热法、高温氢化反应等其它方法也可以构成溶剂热反应法。
熔盐电解法是通过将金属或金属合金放入电解介质中，进行电化学还原并生成氢化物。
1.2 生物法生物法是指利用天然微生物所产生的还原酶，将氢化物还原成金属，在储氢材料中，这种方法具有很好的针对性。
使用生物法合成的金属氢化物，通常都具备很强的还原能力，这一方法的主要优点是不需要耗费太多的能源和反应条件，因此会被氢能科学探索的越来越多。
二、金属氢化物储氢材料的应用2.1 储氢材料金属氢化物作为一种高效的储氢材料，已经在氢能源领域得到越来越广泛的应用，尤其是在氢燃料电池、燃料电池车和家庭储氢方面。
在单车、汽车和公交等物流运输模式逐步向熟练化、缩小化、城市化转变的大环境下，储氢制氢所具有的灵活性和多种用途性将更受关注。
2.2 其他应用领域金属氢化物储氢材料不仅有在氢能源领域的应用，其它领域也有潜在的应用。
如铁锂电池、动力电池、钠离子电池等二次电池储能材料等等，都被视为未来材料结构设计的热点领域之一。
三、发展金属氢化物储氢材料应注意的问题3.1 安全性问题由于其中的氢气具有极高的易燃性和爆炸性，在生产、运输和使用过程中，安全问题一直是制约金属氢化物储氢材料应用的重要因素，对于储氢化学或物理反应产生的暴燃问题，是开展金属氢化物制备和应用研究的重要议题。
浅谈金属氢化物储氢及常用的金属储氢材料
浅谈金属氢化物储氢及常用的金属储氢材料摘要：为了应对能源危机，减少全球温室气体排放，人类不断在探索可持续和可再生替代能源载体，包括风能、核能、太阳能和氢能等。
氢因其具有含量丰富，容易再生，废气排放无污染、应用场景灵活等优点，被视为理想的可再生能源，很多学者预测未来将进入能源“氢经济”的时代。
氢气虽然具有绿色可再生能源的诸多优点，但是也存在不可忽视的缺点。
与化石燃料相比，氢的体积能量密度较低（低热值９．９ＭＪ／ｍ３，标准状态下气态氢的体积能量密度仅为汽油的０．０４％，即使在液态也只是汽油的３２％），导致氢气的存储需要大量的空间，这对于固定能源系统尚可接受，但是对于可移动的能源系统（例如绿色能源汽车、移动电源等）则是巨大的挑战。
因此，发展高体积能量密度的储氢技术成为当前的研究热点。
关键词：金属氢化物；储氢；金属储氢材料引言储氢技术作为氢气“制”和“用”环节之间的重要桥梁，其重要性不容忽视。
高压气态储氢技术、低温液态储氢技术，固态储氢技术及有机物液体储氢技术是目前主要的四种储氢技术，其中主流方式还是高压气态储氢。
从长远来看氢能要实现其对净零排放的重大贡献潜力，就必须进行大规模储存。
地下储氢技术由于其储氢规模大、综合成本低而受到了广泛关注。
以美国为代表的世界发达国家围绕地下储氢技术正进行技术攻关，并得到迅速发展。
目前，英国、德国、加拿大、波兰、土耳其、荷兰和丹麦等也都制定了盐穴储氢计划。
相比上述国家，我国地下储氢研究较为滞后，尚无地下储氢实践。
为此，本文主要根据国外地下储氢技术的研究和应用现状，分析氢气地下储存可能面临的技术问题，为国内发展盐穴储氢技术提供借鉴。
进一步结合中盐金坛盐穴综合利用的经验以及江苏地区的地域特点，探索盐穴储氢技术路线的可能性，为中国实现“双碳”目标提供思路。
1.金属氢化物储氢原理在一定温度和压力条件下，将储氢合金与氢气混合，储氢合金就可以吸收氢气，并且与氢气反应生成金属固溶体MHx和金属氢化物MHy。
储氢材料的新载体——金属有机框架材料
的重要环节之一——氢 的存储 ， 要求储氢系统安全 、 容量 大、 成本低和使用方便 。２ １ ０ ０年 ， 美 国能 源部 （ Ｏ ） 出 的 实 用 化 储 氢 系 统 的 指 标 为 ： 氢 质 量 百 分 数 为 ６ ５ ， 积 容 量 为 Ｄ Ｅ提 储 ．％ 体 ６ ｋｇ ２ ／ｍ。 车用 储 氢 系统 的储 氢 能 力 大 于 ３ １ ｇ ｍ ． ｋ ／ 。我 国也 高度 重 视储 氢 技 术 的发 展 ， 在 “ ６ ” 新技 术 发展 规划 和 “ ７ ” 划 中 ， 氢材 料 是重 点研 究 的项 目。储氢 材料 （ ８３ 高 ９３ 计 储 系统 ） 满 应 足 以下 要 求 ： 环 境温 度 下尽 可 能低 的储 放压 强 ； 高 的存 储 能 力 ； 放 氢 速度 快 、 ① ② ③ 能耗 小 、 安
，
全性 高 ； ④循 环 使 用寿命 长 。 目前发 展 的储 氢方 式 有 ： 氢气 液化 或 者通 过金 属／ 金 、 位 金 属 化 合 物 、 机 液 体 、 基 合 配 有 碳 多 孔材 料 吸附 氢气 等 。储 氢材 料 按 材 料 与 氢 的 结 合 方 式 可 分 为 两 大类 ： 学 储 氢 （ 储 氢 合 化 如 金 、 位氢 化物 、 基化 合 物 、 配 氨 硼氢 化合 物 、 机液 体等 ） 有 和物理 储氢 （ 如碳 基 材料 等 ） 。传 统 Ｊ
度 高及结晶性好等优 点。这类材料在气 体存 储尤其是 氢的存储方 面展示 出广 阔的应 用前景 ， 已成 为研 究储氢材料载体 的热点 。本文 主要 介绍 ＭＯ ｓ Ｆ 材料 的结构特 点 、 合成方法 、 储氢性能及其影 响
因素 ， 进一 步对 ＭＯ ｓ 氢材料 的发展 进行展望 。 Ｆ储
能源 是社 会存 在 与发 展 的物 质基 础 ， 随着 工 业化 的进 程 和人 们生 活水 平 的提 高 ， 能源 的 对 需 求 与 日俱 增 。现代 工业 依赖 的化石 燃料 储 量有 限 、 可再 生 ， 在使 用 中存 在环 境 污染 等 问 不 且 题， 因此 寻找 可再 生 的绿 色能 源迫 在 眉 睫 。氢 能 资 源 丰 富 ， 量 密度 高 且 环 境友 好 ， 能 已引起 广 泛关注＿ 。世界各 国都 高度重视 氢能 的开发 和利用 ， １ ｊ 期望在 ２ 世 纪 中叶进入 “ 经济” ｌ 氢 时 代 ＿ 。氢 能 的有 效 开发 和 利用 需要 解 决 的 ３个 关 键 问题 是 氢 的制 取 、 储 和应 用 。作 为其 中 ２ ｊ 存
储氢材料简介精选课件 (一)
储氢材料简介精选课件 (一)
储氢材料是一种用于储存氢气的材料，是未来氢能源发展的重要组成部分。
因为氢气是一种很容易燃烧的气体，而且能量密度高，因此储氢材料的研发和应用对于氢能源的发展具有重要意义。
本文将为大家介绍一些储氢材料的基本信息和特点。
一、金属储氢材料
金属储氢材料是最早被研究和应用的储氢材料之一。
金属储氢材料的优点是氢气吸附能力强，氢气释放速率高，储氢量大。
但其缺点也是显而易见的，金属储氢材料本身质量较大，不便于携带和使用。
二、碳基储氢材料
碳基储氢材料是一种储氢材料，其基本原理是将氢气吸附在碳材料表面上。
其优点是储氢量大，可重复使用，成本低廉，但其缺点也非常明显，碳基储氢材料的反应速率较低，吸氢量和释氢量不稳定。
三、氮杂环化合物储氢材料
相比于其他储氢材料，氮杂环化合物储氢材料的储氢量更高。
其优点是储氢量大，对氢气的吸附和释放速度快，但其缺点也很明显，需要高温和高压环境才能实现氧化物的还原或者还原氧化物。
四、化学储氢材料
化学储氢材料是利用化学反应将氢气储存在其内部的储氢材料。
其优点是原料易得，储氢周期长，但其缺点也非常明显，从化学反应的角
度来看，储氢和释氢的过程较为复杂，容易发生不可逆反应，因此化学储氢材料在实际应用中存在一定的难度。
总之，储氢材料的研究和应用是未来氢能源发展的重要组成部分。
通过对现有储氢材料的研究和开发，实现氢能源的可持续发展。
储氢材料分类
储氢材料分类目前储氢材料有金属氢化物、碳纤维碳纳米管、非碳纳米管、玻璃储氢微球、络合物储氢材料以及有机液体氢化物。
下面仅就合金、有机液体以及纳米储氢材料三个方面对储氢材料加以介绍。
一,合金储氢材料储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物,其原理是金属与氢形成诸如离子型化合物、共价型金属氢化物、金属相氢化物-金属间化合物等结合物,并在一定条件下能将氢释放出来。
合金作为储氢材料要满足一定的要求,首先其氢化物的生成热要适当,如果生成热太高,生成的氢化物过于稳定,释放氢时就需要较高的温度.而如果生成热太低,则不易吸收氢。
其次形成氢化物的平衡压要适当,最好在室温附近只有几个大气压,便于吸放氢,而且要吸放速度快，这样才能够满足实际应用的需求。
另外合金及其氢化物对水、氧和二氧化碳等杂质敏感性小，反复吸放氢时，材料性能不至于恶化。
而且，储氢材料的氢化物还要满足在存储与运输过程中性能可靠、安全、无害、化学性质稳定等条件。
现在已研究的并且符合上述要求的有镁系、稀土系、钛系和锆系等。
在上述储氢材料中，镁系储氢合金具有较高的储氢容量，而且吸放氢平台好、资源丰富、价格低廉，应用前景十分诱人。
镁可直接与氢反应,在300—400℃和较高的压力下, 反应生成Mg和H2反应生成MgH2: Mg + H2= MgH2 △H=-74.6kJ/mol。
MgH2理论氢含量可达7.6% , 具有金红石结构, 性能较稳定, 在287 ℃时分解压为101.3kPa。
由于纯镁的吸放氢反应动力学性能差, 吸放氢温度高, 所以纯镁很少被直接用来储存氢气，为此人们又开始研究镁基储氢合金材料。
到目前为止, 人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。
二，液态有机物储氢材料有机液体氢化物贮氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应, 即加氢和脱氢反应来实现的。
加氢反应时贮氢,脱氢反应时放氢, 有机液体作为氢载体达到贮存和输送氢的目的。
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展储氢材料是一种能够吸附和释放氢气的材料，广泛应用于氢能源领域。
目前，研究人员正在不断寻找新型的储氢材料，以提高氢气的吸附能力和储存密度，并且减少储氢过程中的能量损失。
以下是当前储氢材料研究领域的一些进展。
一、金属有机骨架材料（MOF）金属有机骨架材料是一种由金属离子和有机配体组成的晶体结构。
这种材料具有高度可控的孔隙结构，能够提供大量的吸附空间。
研究者已经成功开发出一系列储氢性能优良的MOF材料。
例如，Mg-MOF-74材料具有高达7.5 wt%的氢气存储密度，在77 K、20 bar的条件下可以实现高达6.0 wt%的氢气吸附。
二、共价有机框架材料（COF）共价有机框架材料是一种新型的多孔有机材料，由于其特殊的共价键连接方式，其结构稳定性和储氢性能较好。
例如，研究者在实验中发现，COF-5可以在77 K、物理吸附模式下实现高达7.2 wt%的氢气储存密度。
三、纳米多孔材料纳米多孔材料是一种具有高度可控孔隙结构和较大比表面积的材料。
这些材料具有丰富的储氢位点，并且能够实现快速的吸附和释放过程。
例如，一些石墨烯基的纳米多孔材料已经成功应用于氢能源领域。
研究者发现，这些纳米多孔材料能够实现高达5 wt%的氢气吸附。
四、氧化物材料氧化物材料是一种常见的储氢材料，具有较好的储氢性能。
例如，氧化镁和氧化钛等材料具有良好的氢气吸附能力。
此外，一些研究者还研究了稀土氧化物的储氢性能，并发现它们可以在相对较低的温度和压力下实现高储氢密度。
综上所述，储氢材料的研究进展十分迅速。
金属有机骨架材料、共价有机框架材料、纳米多孔材料和氧化物材料等新型储氢材料的开发，为增加氢气的储存密度以及减少储氢过程中的能量损失提供了新的思路和方法。
随着进一步研究和开发，相信未来储氢材料的性能将不断提高，并为氢能源的广泛应用提供有力支持。
高中化学常见储氢材料
高中化学常见储氢材料
储氢技术是解决氢能源应用的重要环节之一。
在氢能源的应用中，储氢材料的选择和性能直接影响到储氢系统的性能和成本。
本文将介绍高中化学常见的储氢材料。
1. 金属储氢材料
金属储氢材料是指能够在一定条件下，将氢气吸附或吸附并化学反应形成化合物的金属及其合金。
常见的金属储氢材料有镁、钛、锆等。
2. 有机储氢材料
有机储氢材料是指能够通过吸附氢气来储存氢气的化合物，其主要成分为氨基酸、多孔有机聚合物等。
3. 化合物储氢材料
化合物储氢材料是指由金属、非金属等基础成分组成的化合物，能够在一定条件下储氢，如氢化物、氮化物、碳化物等。
4. 碳材料
碳材料是指以碳为主体的材料，如石墨、碳纤维等，能够通过吸附、物理吸附、化学吸附等方式储氢。
总之，高中化学常见的储氢材料有金属储氢材料、有机储氢材料、化合物储氢材料和碳材料等。
对于不同的应用场景和要求，选择合适的储氢材料非常重要。
- 1 -。
金属材料之储氢材料
储氢材料通过物理吸附或化学反 应的方式储存氢气，具有高容量 、高纯度、低成本等优点。
储氢材料的分类
根据储氢原理，储氢材料可分为 物理吸附储氢和化学反应储氢两
类。
物理吸附储氢材料主要利用材料 表面的物理吸附作用储存氢气， 具有较高的储存密度和安全性。
化学反应储氢材料通过化学反应 将氢气储存于材料的化学键中， 具有较高的储存容量和较低的成
02 金属储氢材料的特性
金属储氢原理
金属与氢气发生反应，通过物理吸附或化学键合的方式将氢气储存于金属材料中。
金属储氢过程中，氢气与金属原子之间相互作用，形成稳定的金属氢化物。
金属储氢的原理主要基于金属的化学性质和晶体结构，不同的金属具有不同的储氢 能力和特性。
金属储氢材料的优点
01
02
03
高储氢密度
燃油效率和环保性能。
汽车热能回收
03
金属储氢材料可以吸收和释放大量的热能，可用于汽车热能回
收和利用。
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降低成本和提高安全性
成本
金属储氢材料的成本较高，限制了其 大规模应用。通过降低材料成本、优 化制备工艺和提高回收利用率，可以 降低金属储氢材料的成本。
安全性
金属储氢材料在充放氢过程中存在一 定的安全隐患。因此，提高金属储氢 材料的安全性是当前面临的重要挑战。 通过改进材料结构和控制反应条件， 可以降低安全风险。
材料复合化
金属间化合物
多层复合材料
通过控制金属元素的配比和合成条件， 制备具有优异性能的金属间化合物储 氢材料。
将不同种类的金属储氢材料进行多层 复合，利用各层材料的优点实现优异 的综合性能。
纳米复合材料
将金属储氢材料与纳米尺度的其他材 料（如碳纳米管、陶瓷颗粒等）进行 复合，以提高材料的储氢性能和机械 强度。
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。
金属有机骨架材料在储氢中的机理研究与性能优化
金属有机骨架材料在储氢中的机理研究与性能优化随着能源需求的增加和环境问题的日益严重，寻找高效可持续的能源储存和转化技术成为当今研究的热点之一。
其中，金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）在储氢领域显示出了巨大的潜力。
本文将对金属有机骨架材料在储氢中的机理进行探讨，并提出相应的性能优化方案。
一、MOF材料在储氢中的机理MOF是一种由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键形成的多孔晶体材料。
其高度可调控的孔径和表面积，使其具有优异的气体吸附性能，适用于氢气储存。
1. 孔径调控：MOF材料的孔径可以通过对金属离子或有机配体进行合理设计来实现。
较小的孔径可以提高材料的表面积，增加氢气吸附量，但也会加大氢气的吸附动力学限制。
较大的孔径可以提高氢气的扩散速率，但也可能降低吸附量。
因此，合理控制孔径大小对MOF材料的性能优化至关重要。
2. 表面积调控：MOF材料具有极高的比表面积，可达数千平方米/克。
这使得MOF材料具有大量的活性吸附位点，能够吸附大量的氢气。
通过调控MOF材料的表面积，可以实现对储氢性能的优化。
二、MOF材料储氢性能的优化方案为了进一步提高MOF材料的储氢性能，可以从以下几个方面进行优化。
1. 配体设计：通过合理设计有机配体的结构，可以改变MOF材料的孔径和表面性质，从而实现对储氢性能的调控。
例如，引入含有电荷的功能基团可以增加MOF材料的吸附能力；引入具有孔道扩大效应的大体积配体可以增加MOF材料的氢气扩散速率。
2. 金属选择：MOF材料的性能与金属离子的选择有着密切的关系。
不同的金属离子具有不同的电子亲和力和电荷转移能力，从而影响材料的吸附能力和储氢性能。
通过选用合适的金属离子，可以实现MOF材料储氢性能的优化。
3. 结构修饰：通过结构修饰可以增强MOF材料的稳定性和储氢性能。
例如，在MOF材料的采购中引入杂原子可以改变其电子结构和储氢性能；通过掺杂或控制晶体生长条件可以优化MOF材料的结构和表面性质。
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。
金属氮氢系固体储氢材料
金属氮氢系固体储氢材料
金属氮氢系固体储氢材料是利用金属氢化物溶解氮氢分子中的氢
原子来实现氢的储存和转化的新型，高效，安全可靠的储能技术，可
在较高温度下实现氢转化和释放，可在摩尔斯公司开发研究出来。
它的结构是由金属氢化物和氮氢混合而成的粉末状混合物，金属
氢化物主要由（NH2）3MH（M= Li、Na、K、Mg、Ca、 Zn、 Fe）组成，在空气中可溶于水分解氢氧化物，氮氢在混合物内吸附在金属氢化物
表面形成稳定的双重键。
结构好的可获得较高的储氢量。
氢转化机理主要是热力学控制，在较高温度条件下，金属氢化物
溶解氮氢，溶质中的氢原子与氮氢分子结合，释放出热量，金属氢氧
化物的戒色行为及氮氢的吸附释放原理使氢原子能够牵涉到气态和固
态之间的转换，这样就可以实现氢的储存和发放。
它的优点在于：1、质量比量大，容量多，可以实现高负载；2、
容量可以调节，温度只有极小的变化；3、较高的热量部署，可以有效
地减少储气体消耗；4、安全可靠，使用中毒少发生内部漏氢现象。
金属氮氢系固体储氢材料是一种先进的新型储能技术，解决安全、经济、高质量困境、在新能源汽车及非常规航空等多个领域具有广阔
的应用前景，开发出来将会是橙子大势所趋。
贮氢材料
之间。
12
然而，氢吸收元素和氢非吸收元素组成的 合金，不一定都具备贮氢功能。 例如 在 Mg 和 Ni 的金属间化合物中 ， 有 Mg2Ni和 MgNi2。Mg2Ni可以和氢发生反应生 成 Mg2NiH4 氢化物，而 MgNi2 在 100atm 左右 的压力下也不和氢发生反应。
13
作为贮氢材料的另一个重要条件是要存在
由直线
的斜率可求
出 H，由直 线在ln p轴上 的截距可求 出 S。
平 衡 氢 压 ／
Mpa
图4 各种贮氢合金的平衡氢压与温度的 关系(Mm为混合稀土合金)
22
300K时，氢气的熵值为31cal/K.mol.H2，
与之相比，金属氢化物中氢的熵值较小，即
式：
mn MH n ( ) H 2 MH m 2
42
金属氢化物贮氢材料的应用领域很多，而且
还在不断发展之中，目前对贮氢材料应用包括以
下几个主要方面：
高容量贮氢器、热泵、用作催化剂、发展 镍氢电池、温度传感器、控制器
43
参考文献
[1]马如璋.功能材料学概论[M] .冶金工业出版社，1999.P480-487 [2]胡子龙 . 贮氢材料 [ M ] . 北京 : 化学工业出版社, 2002 .
金属功能材料
—贮氢材料
目录
贮氢材料简介 贮 氢 原 理 贮氢材料应具备的条件 贮氢材料的种类 贮氢材料的应用
2
贮氢材料简介
贮氢材料(Hydrogen storage material)是在一般温和条件下， 能反复可逆地（通常在一万次以上）吸入和放出氢的特种金属材 料。又称贮氢合金或储氢金属间化合物。这种材料在一定温度和 氢气压强下能迅速吸氢，适当加温或减小氢气压强时又能放氢的 材料。 在1970-1985年期间，基于SmCo5和LaNi5的可逆吸储氢和 释放氢的 性质，荷兰的Philips实验室首先研发LaNi5材料，除用 两种金属组合的二元型，如AB2、AB5、AB等外，还开发了多元 金属组成的复合材料。有人将早期开发的稀土类的储氢材料成为 第一类的 储氢材料，而把钛锆系、镁系称为第二代储氢材料。
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。
金属氢化物储氢材料的制备及其性能评价
金属氢化物储氢材料的制备及其性能评价氢燃料是一种非常理想的能源，它是一种非常环保的能源。
因为它在燃烧的过程中只产生水和热，而不会产生任何有害的气体。
然而，储氢是氢燃料应用的一个非常大的难点，因为氢气的体积非常大，而且比较难以储存。
金属氢化物储氢材料是一种新型储氢材料，它可以将氢气储存起来，并在需要的时候释放氢气。
制备金属氢化物储氢材料有很多的方法。
其中一种方法是使用机械球磨法。
机械球磨法可以将金属粉末和氢气在球磨机中进行反复的碾磨，这样可以使金属与氢气充分的反应。
这种方法适用于一些比较纯的金属粉末，例如铁、镍、钛等。
另一种方法是使用坩埚熔炼法。
这种方法可以将金属和氢气放入坩埚中，在高温下熔炼，让氢气充分的与金属反应。
这种方法适用于一些比较难反应的金属，例如铝、锆等。
金属氢化物储氢材料的性能评价可以从以下几个方面入手。
第一：氢化物的储氢量。
储氢量是衡量一种储氢材料储存氢气能力的一个指标。
一般情况下，氢化物的储氢量越高，这种储氢材料就越有价值。
因此，在开发金属氢化物储氢材料时，储氢量往往是一个非常重要的指标。
第二：氢化物的反应动力学。
这是指氢化物与氢气反应的速度，以及反应的温度条件等。
在使用金属氢化物储氢材料释放氢气时，反应速度是决定释放氢气速率的一个重要因素。
因此，金属氢化物储氢材料的反应动力学也是一个需要考虑的关键因素。
第三：氢化物的热力学稳定性。
这是指氢化物在不同条件下的稳定性。
由于氢气的极性很小，因此，氢化物的热力学稳定性往往很差。
当储氢材料的热力学稳定性不好时，就会发生一些意外事故。
因此，金属氢化物储氢材料的热力学稳定性也是一个需要考虑的关键因素。
第四：材料的成本。
金属氢化物储氢材料的成本也是一个需要考虑的因素。
成本高的材料往往无法大规模的应用。
因此，在开发金属氢化物储氢材料时，成本也必须考虑。
总之，金属氢化物储氢材料是一种具有很大发展潜力的新型储氢材料。
在制备金属氢化物储氢材料时，需要考虑到它的储氢量、反应动力学、热力学稳定性以及成本等因素。
金属贮氢材料及其应用-2019.1.15
缺点：
吸放氢过程中晶胞体积膨胀 大，循环寿命差。
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内 蒙 古 稀 奥 科 贮 氢 合 金 有 限 公司 Inner Mongolia Rare Earth Ovonic Metal Hydride Co.Ltd.
求真务实
贮氢合金的成分优化
高能高效
LaNi5 属AB5 型贮氢合金， 通过对A组元 和B组元的替 代，可改善合 金的性能。
放热型金属 强键合氢化物 控制储氢量
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求真务实
贮氢合金的构成
高能高效
另一种是：金属与氢的亲和力小，但氢很容易在其 中移动，氢在这些元素中的溶解度小，通常条件下 不生成化物，主要是ⅥB-ⅧB过渡族金属，如Fe， Co，Ni，Cr，Cu，Al等，氢溶于这些金属时为吸 热反应（ ΔH>0 ）
求真务实
主要内容
高能高效
1 贮氢材料概述 2 贮氢材料的分类 3 稀土系贮氢合金的性能 4 稀土系贮氢合金的制备 5 贮氢合金在镍氢电池上的应用
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求真务实
LaNi5与H的反应
高能高效
在室温下一个单胞可与6个氢原子结合，形成六方晶格的 LaNi5H6（晶格常数a0=0.5388nm，c0=0.4250nm， c0/a0=0.789，V=0.10683nm3），晶格体积增加了23.5％。
LaNi5形成氢化物的ΔH=-30.93kJ/mol H2，ΔS=-108.68 kJ/mol H2。
金属储存氢气的原理
金属储存氢气的原理
金属储存氢气的原理是通过金属与氢气之间的物理或化学吸附作用来实现的。
具体原理包括：
1. 物理吸附：金属表面的孔隙结构或多孔性材料可以吸附氢气分子。
这种吸附是非化学性质的，金属表面的物理结构提供了吸附的场所。
常用的物理吸附金属储氢材料包括钛、镁等。
2. 化学吸附：金属与氢气之间发生化学反应，形成金属与氢气的化合物。
这种吸附是氢与金属之间的化学结合，储氢量较大。
常见的化学吸附金属储氢材料包括钯、铁等。
无论是物理吸附还是化学吸附，金属储氢材料都需要具备以下特点：
1. 高吸附容量：金属储氢材料需要具备足够的容纳氢气的能力，使得储氢量能够满足实际需求。
2. 快速充放氢速度：为了便于氢气储存和释放，金属储氢材料需要具备良好的充放氢速度，以实现高效率的氢气储存和利用。
3. 稳定性：金属储氢材料需要在长时间的使用中保持稳定性和可靠性，以确保储氢系统的安全性和可持续性。
金属储存氢气的原理为氢能的应用提供了可行的解决方案，但目前金属储氢技术还存在一些挑战，如吸附/解吸热量、循环寿命等问题，需要进一步研究和改进。
金属有机骨架化合物作为储氢材料的研究进展
金属有机骨架化合物作为储氢材料的研究进展一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护意识的日益增强，清洁、高效的能源存储技术成为了当前科技研究的热点。
其中，氢能源因其高能量密度、零污染排放和可再生性等优点，被认为是最具潜力的未来能源之一。
然而，氢气的安全存储和高效运输是实现其广泛应用的关键。
金属有机骨架化合物（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）作为一种新型的多孔材料，因其高比表面积、可调孔径和丰富的功能基团等特性，在储氢材料领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在综述MOFs作为储氢材料的研究进展，从MOFs的结构特点、储氢性能、影响因素以及未来发展方向等方面进行深入探讨，以期为氢能源的安全高效存储提供理论支持和技术指导。
二、金属有机骨架化合物概述金属有机骨架化合物（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）是一类由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键自组装形成的具有高度有序多孔结构的晶体材料。
由于其独特的结构和性质，MOFs 在储氢、催化、分离、传感、药物输送等多个领域展现出巨大的应用潜力。
MOFs的结构多样性是其最突出的特点之一。
通过选择不同的金属离子、有机配体以及合成条件，可以制备出具有不同孔径、形状和功能的MOFs。
这种高度的可设计性和可调性使得MOFs能够针对特定的应用需求进行定制合成。
在储氢领域，MOFs因其高比表面积、低密度和可调的孔结构而备受关注。
其开放的金属位点和可功能化的有机配体为氢气的吸附和存储提供了有利条件。
MOFs还可以通过合成后修饰等方法引入特定的官能团，进一步提高其对氢气的吸附能力和选择性。
然而，MOFs作为储氢材料在实际应用中也面临一些挑战，如稳定性、循环性能以及成本等问题。
因此，如何在保持MOFs高储氢性能的同时提高其稳定性和降低成本是当前研究的热点和难点。
总体而言，金属有机骨架化合物作为一种新型的储氢材料，其独特的结构和性质使其在储氢领域具有广阔的应用前景。
对储氢合金的要求
对储氢合金的要求
储氢合金是一种金属材料，主要应用于储存液化氢，以达到节能降耗和释放氢的目的。
其典型的应用有核聚变，火箭，汽车等。
储氢合金可以通过下面几个特性来评价：
1. 耐腐蚀性：由于储氢合金运载的液体氢可能危及结构的安全，因此要求其有良好的耐腐蚀性，能抵抗氢气的腐蚀。
2. 高强度：由于含氢高压，要求储氢合金具备足够的强度，能够良好地承受瞬时，持久，瞬态力荷载。
3. 良好的焊接性能：由于用于液化氢储存的构件是经过工艺处理的，并且需要适当的连接技术，所以要求其具备良好的焊接性能。
4. 热释放快：一般来说，储氢合金在高温时会产生大量的热量，因此要求它具备快速通过强效冷却系统放出热量。
储氢合金，既要求耐腐蚀性，高强度，又要求良好的焊接性能和热释放快，是目前高性能材料中很重要的一类，受到广大技术工作者的青睐。
由于储氢技术的发展和储氢容器材料的进步，储氢合金的研究仍在不断发展。
未来，它将在我们日常生活中发挥出更大的作用。
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
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贮氢合金粉
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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。
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
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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ห้องสมุดไป่ตู้
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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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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、固体或化合物
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
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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
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
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.
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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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
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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。
贮氢合金 hydrogen storage metal
能源危机？
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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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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。