储氢材料概述PPT课件
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Seminar I
储氢材料概述
2020/5/11
.
1
一、绪言
氢－二十一世纪 的绿色能源
2020/5/11
.
2
1.1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动植物的生存！！！
8MPa氢压下获得5％的可逆储放氢容量)
2020/5/11
.
25
金属配位氢化物的的主要性能
℃
2020/5/11
.
26
3.3碳纳米管（CNTs）
1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs
2020/5/11
.
27
纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河
单壁纳米碳管束TEM照片
2020/5/11
加氢站指标
2020/5/11
.
10
二、不同储氢方式的比较
固态储氢的优势：
1)
体积储氢容量高
2)
无需高压及隔热容器
3)
安全性好，无爆炸危险
4)
可得到高纯氢，提高氢的附加值
2020/5/11
.
11
2.1 体积比较
2020/5/11
.
12
2.2 氢含量比较
0
LaNi H 56
TiFeH 1.9
Hydrogen storage capacity (wt%)
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
实际使用时需对合金进行表面改性处理
2020/5/11
.
20
PCT curves of TiFe alloy
TiFe(40 ℃)
TiFe alloy
Characteristics:
❖ two hydride phases; ❖ phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 ) ❖ 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 → 2.13TiFeH1.04 ❖ 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 → 2.20TiFeH1.95
Hydrogen on Octahedral Sites
2020/5/11
.
16
3.1 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
2020/5/11
.
17
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
2020/5/11
.
6
二、不同储氢方式的比较
气态储氢：
1) 能量密度低 2) 不太安全
1) 液化储氢：
1) 能耗高 2) 对储罐绝热性能要求高
2020/5/11
.
7
贮氢技术
类 型 典型技术 体积密度 重量密度 备 注
液态氢 71/37 g/l ~5wt% 20K,能耗大
物理 高压氢 39/24 g/l ~3.3wt% RT,70MPa
1
2
3
4
5
1.4wt%
per weight
1.8wt%
Mg NiH
2
4
3.6wt%
Carbon nanotube (RT,10MPa 氢压)
4.2wt%
0
1
2
3
4
5
Hydrogen storage capacity (wt%)
2020/5/11
.
13
三、储氢材料技术现状
3.1 金属氢化物 3.2 配位氢化物 3.3 纳米材料
2020/5/11
.Fra Baidu bibliotek
22
镁系
典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验 室首先报道
储氢容量高
jjkkl
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
2020/5/11
.
23
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 用于：氢汽车储氢、电池负极Ovinic
2020/5/11
.
24
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℃ ，
人类的出路何在？－新能源研究势在必行！！！
2020/5/11
.
3
1.2 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
2020/5/11
.
多壁纳米碳管TEM照片
.
4
氢能系统建立条件
规模制氢技术
贮氢技术
氢内燃机 燃料电池技术
制氢原料 能源
关键环节 亟待突破
2020/5/11
.
5
1.3 实现氢能经济的关键技术
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
车用氢气存储系统目标：
IEA: 质量储氢容量>5%; 体积容量 >50kg(H2)/m3 DOE : >6.5%, > 62kg(H2)/m3
方法 大比表吸附剂
~1wt%
80K
纳米碳管
<2wt% 可逆存放量
金属氢化物 >100 g/l
化学 方法
有机液体
~50 g/l
其他含氢物质 63/22 g/l
<2wt% 可实用速度吸\放氢量 ~7wt% 苯理论量 >4wt% 30%NaBH4溶液
2020/5/11
.
8
日本加氢站
2020/5/11
.
9
2020/5/11
.
14
金属氢化物储氢特点
反应可逆
M + x/2H2
Des. Abs.
MHx + ∆H
氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠
较高的储氢体积密度
2020/5/11
.
15
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
❖ 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
2020/5/11
.
18
PCT curves of LaNi5 alloy
2020/5/11
.
19
钛铁系
典型代表：TiFe，美Brookhaven国家实验室 首先发明
储氢材料概述
2020/5/11
.
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一、绪言
氢－二十一世纪 的绿色能源
2020/5/11
.
2
1.1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动植物的生存！！！
8MPa氢压下获得5％的可逆储放氢容量)
2020/5/11
.
25
金属配位氢化物的的主要性能
℃
2020/5/11
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26
3.3碳纳米管（CNTs）
1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs
2020/5/11
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纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河
单壁纳米碳管束TEM照片
2020/5/11
加氢站指标
2020/5/11
.
10
二、不同储氢方式的比较
固态储氢的优势：
1)
体积储氢容量高
2)
无需高压及隔热容器
3)
安全性好，无爆炸危险
4)
可得到高纯氢，提高氢的附加值
2020/5/11
.
11
2.1 体积比较
2020/5/11
.
12
2.2 氢含量比较
0
LaNi H 56
TiFeH 1.9
Hydrogen storage capacity (wt%)
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
实际使用时需对合金进行表面改性处理
2020/5/11
.
20
PCT curves of TiFe alloy
TiFe(40 ℃)
TiFe alloy
Characteristics:
❖ two hydride phases; ❖ phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 ) ❖ 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 → 2.13TiFeH1.04 ❖ 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 → 2.20TiFeH1.95
Hydrogen on Octahedral Sites
2020/5/11
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3.1 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
2020/5/11
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17
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
2020/5/11
.
6
二、不同储氢方式的比较
气态储氢：
1) 能量密度低 2) 不太安全
1) 液化储氢：
1) 能耗高 2) 对储罐绝热性能要求高
2020/5/11
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7
贮氢技术
类 型 典型技术 体积密度 重量密度 备 注
液态氢 71/37 g/l ~5wt% 20K,能耗大
物理 高压氢 39/24 g/l ~3.3wt% RT,70MPa
1
2
3
4
5
1.4wt%
per weight
1.8wt%
Mg NiH
2
4
3.6wt%
Carbon nanotube (RT,10MPa 氢压)
4.2wt%
0
1
2
3
4
5
Hydrogen storage capacity (wt%)
2020/5/11
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13
三、储氢材料技术现状
3.1 金属氢化物 3.2 配位氢化物 3.3 纳米材料
2020/5/11
.Fra Baidu bibliotek
22
镁系
典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验 室首先报道
储氢容量高
jjkkl
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
2020/5/11
.
23
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 用于：氢汽车储氢、电池负极Ovinic
2020/5/11
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24
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℃ ，
人类的出路何在？－新能源研究势在必行！！！
2020/5/11
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3
1.2 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
2020/5/11
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多壁纳米碳管TEM照片
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4
氢能系统建立条件
规模制氢技术
贮氢技术
氢内燃机 燃料电池技术
制氢原料 能源
关键环节 亟待突破
2020/5/11
.
5
1.3 实现氢能经济的关键技术
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
车用氢气存储系统目标：
IEA: 质量储氢容量>5%; 体积容量 >50kg(H2)/m3 DOE : >6.5%, > 62kg(H2)/m3
方法 大比表吸附剂
~1wt%
80K
纳米碳管
<2wt% 可逆存放量
金属氢化物 >100 g/l
化学 方法
有机液体
~50 g/l
其他含氢物质 63/22 g/l
<2wt% 可实用速度吸\放氢量 ~7wt% 苯理论量 >4wt% 30%NaBH4溶液
2020/5/11
.
8
日本加氢站
2020/5/11
.
9
2020/5/11
.
14
金属氢化物储氢特点
反应可逆
M + x/2H2
Des. Abs.
MHx + ∆H
氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠
较高的储氢体积密度
2020/5/11
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15
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
❖ 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
2020/5/11
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18
PCT curves of LaNi5 alloy
2020/5/11
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钛铁系
典型代表：TiFe，美Brookhaven国家实验室 首先发明