储氢材料概述详解

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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：
活化容易 平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小 抗杂质气体中毒性能好 适合室温操作
经元素部分取代后的
MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al0.3(Mm混合稀土，主要成 分La、Ce、Pr、Nd)广泛用于镍/氢电池
实际使用时需对合金进行表面改性 处理
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TiFe alloy
Characteristics:
two hydride phases;
phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 ) 2.13TiFeH0.20 + H2 → 2.13TiFeH1.04 ( phase )
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
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储氢合金材料特性
储氢量大，能量密度高（组分-压力曲线 宽而平坦，且滞后小） 吸氢和放氢速度快 反应热小，温度适宜、离解压适中 容易活化（储氢合金第一次与氢反应） 化学稳定性好，不易中毒
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Des.
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金属—氢体系相平衡等温相图
α相：氢原子进入金属晶
格空隙，形成共溶体
β相：储氢合金中氢浓度
显著增加，而氢压几乎不变， 生成金属氢化物

γ相
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Position for H occupied at HSM
1
二、不同储氢方式的比较
气态储氢：
1) 2)
能量密度低 不太安全 能耗高 对储罐绝热性能要求高
液态储氢：
1) 2)
2
二、不同储氢方式的比较
固态储氢的优势：
1) 2) 3) 4)
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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2.1 体积比较
4
源自文库
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2.2 氢含量比较
Hydrogen storage capacity (wt%)
0 1 2 3 4 5
LaNi5H6
1.4wt%
per weight
TiFeH1.9
1.8wt%
Mg2NiH4
3.6wt%
Carbon nanotube (RT,10MPa 氢压)
0 1 2 3 4
4.2wt%
5
Hydrogen storage capacity (wt%)
5
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三 金属氢化物储氢原理
反应可逆 M + x/2H2 Abs. MHx - Q 氢与碱金属、碱土金属反应，形成离子型氢化 物，白色晶体，氢表现为H-，生成热大，反应 不可逆，不适宜于氢的储存 过渡金属与氢反应，形成金属氢化物，反应可 逆，氢表现为H-与H+之间的中间特性，具有储 氢功能 合金氢化物具有更高的储氢功能
8MPa氢压下获得5％的可逆储放氢容量)
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金属配位氢化物的的主要性能
℃
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四 储氢材料的应用
氢的贮存与运输 燃氢汽车 金属氢化物热泵 热- 机械能转换 氢的分离、回收与净化 用作催化剂 MH 作为催化剂主要用于合成氨、有机化合物 的加氢、脱氢等反应中。
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接上图
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3.2配位氢化物储氢
碱金属（Li、Na、K）或碱土金属（Mg、 Ca）与第三主族元素(B、Al)形成 储氢容量高 再氢化难(LiAlH4在TiCl3、 TiCl4等催化下180℃ ，
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一 氢能储存方法
氢气储存有物理方法和化学方法


物理法：液氢储存、高压氢气储存、玻璃微球储存、 地下岩洞储存、活性炭吸附储存、碳纳米管储存 化学法：金属氢化物储存，有机液态氢化物储存 （用萘-萘烷或者苯-环己烷作为储存运输氢气的载体： 在100-150℃，0.1-0.3MPa和镍催化，萘、苯转化为 萘烷、环己烷。在使用场合萘烷、环己烷在250370℃，0.1MPa和铂催化下，转化为萘、苯，同时释 放出氢气）、无机物储存、氢化铁吸附储存
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PCT curves of LaNi5 alloy
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钛铁系
典型代表：TiFe，美Brookhaven国家实验 室首先发明
价格低 室温下可逆储放氢
易被氧化
活化困难 抗杂质气体中毒能力差
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四 储氢材料技术现状
4.1 金属氢化物 4.2 配位氢化物
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4.1 金属氢化物储氢
目前研制成功的： 稀土镧镍系 钛铁系 镁系 钛/锆系
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2.20TiFeH1.04 + H2 → 2.20TiFeH1.95 ( phase )
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PCT curves of TiFe alloy
TiFe(40 ℃)
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镁系
典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验 室首先报道



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
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钛/锆系
具有Laves相结构的金属间化合物 原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原 子的吸附 TiMn1.5H2.5 日本松下（1.8％） Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4 活性好 应用：氢汽车储氢、电池负极