储氢合金简介
储氢合金储氢量
储氢合金储氢量
储氢合金是一种能够吸收和释放氢气的材料，被广泛应用于氢能源领域。
其储氢量是衡量其性能的重要指标之一。
储氢合金的储氢量取决于其晶体结构、化学成分、温度和压力等因素。
首先，储氢合金的晶体结构对储氢量有着重要影响。
一般来说，具有更大孔隙结构的晶体结构会有更高的储氢量。
这是因为更大的孔隙可以容纳更多的氢气分子，从而提高储氢效率。
其次，化学成分也是影响储氢量的重要因素。
不同的合金成分会对储氢性能产生显著影响。
例如，一些过渡金属合金能够形成氢化物，从而增加储氢量。
同时，添加催化剂等元素也能够提高储氢合金的储氢性能。
此外，温度和压力也是影响储氢量的重要因素。
一般来说，较低的温度和较高的压力有利于提高储氢合金的储氢量。
这是因为低温和高压能够促进氢气与储氢合金之间的吸附和脱附过程。
因此，要提高储氢合金的储氢量，可以通过优化合金的晶体结构和化学成分，以及控制温度和压力等手段来实现。
【试卷题目】
1.什么是储氢合金？
2.影响储氢合金储氢量的因素有哪些？
3.如何提高储氢合金的储氢量？。
储氢合金的吸氢原理
储氢合金的吸氢原理
储氢合金是一种具有高储氢密度的材料，可以被用于氢能源的储存和运输。
它的吸氢原理是基于其晶格结构和化学成分。
一般来说，储氢合金可以分为两类：基于金属的合金和基于非金属的合金。
基于金属的储氢合金是由一种或多种金属元素组成的合金。
这种合金的氢储存能力主要是基于其金属原子之间的相互作用和晶格结
构的改变。
当氢分子接触到金属表面时，它们会被吸附并进入金属晶格中，产生一种金属-氢化物的化学键。
这种化学键能够稳定地储存氢分子，并在需要时释放出来。
基于非金属的储氢合金则是由非金属元素和金属元素组成的合金。
这种合金的氢储存能力主要是基于非金属原子之间的相互作用和亲和力。
例如，一些碳纳米管和石墨烯等非金属材料可以被用作储氢材料，因为它们的表面可以吸附氢分子并形成一种物理吸附的结构。
总体来说，储氢合金的吸氢原理是基于材料的化学成分和晶格结构。
通过设计和优化合金的结构和成分，可以提高其储氢能力，促进氢能源的应用和开发。
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储氢合金的名词解释
储氢合金的名词解释储氢合金是一种用于储存和释放氢气的材料。
它是由一种或多种金属与氢气相结合形成的金属-氢的固体溶液。
储氢合金是一项重要的能源储存技术，能够解决氢气作为一种清洁能源的储存和运输问题，被广泛应用于氢能源行业、航空航天领域和可再生能源等领域。
1. 储氢合金的基本原理储氢合金的基本原理是利用金属与氢气之间的物理和化学相互作用来实现氢气的储存和释放。
在储氢合金中，金属作为吸附剂，扮演着吸附和储存氢气的角色。
当储氢合金暴露在氢气环境中时，氢气会进入金属晶格并与金属原子相结合，形成金属-氢化物化合物。
当需要释放氢气时，通过改变温度、压力或其他条件，可以使金属-氢化物化合物分解，释放出储存的氢气。
2. 储氢合金的优势储氢合金在能源储存领域具有很多优势。
首先，与传统的气体或液态氢储存方式相比，储氢合金可以以更高的体积和质量比存储更多的氢气。
其次，储氢合金具有较高的储氢容量和储氢速率，能够满足高强度和长时间的氢气需求。
此外，储氢合金具有良好的循环稳定性和循环寿命，能够多次重复吸附和释放氢气而不损失性能。
最重要的是，储氢合金是一种可再生的储氢材料，可以通过简单的处理方法，如升温、降压等，使其重新恢复吸附氢气能力。
3. 储氢合金的应用领域储氢合金在多个领域都有广泛的应用。
在氢能源领域，储氢合金被用作储存和释放氢气的媒介，为氢燃料电池、氢气发动机等提供持续稳定的氢气供应。
在航空航天领域，储氢合金被应用于火箭推进系统和宇航器动力系统，可以提供高能量密度和高可靠性的氢气储存解决方案。
在可再生能源领域，储氢合金可以将太阳能和风能等不稳定的可再生能源转化为可储存和可输送的氢气，提供可靠的能源供应。
4. 储氢合金的挑战与发展方向储氢合金作为一种新兴的能源储存技术，目前还存在一些挑战。
首先，储氢合金的设计与制备需要更深入的研究和优化，以获得更高的储氢容量和释氢速率。
其次，储氢合金的储氢和释氢过程中可能伴随着金属的结构变化和疲劳损伤，影响储氢合金的循环稳定性和使用寿命。
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。
ab2储氢合金密度
ab2储氢合金密度ab2储氢合金是一种具有高储氢容量和较低储氢温度的材料，它在储氢领域具有广泛的应用前景。
本文将从储氢合金的定义、储氢性能、制备方法以及应用领域等方面对ab2储氢合金进行详细介绍。
第一部分：储氢合金的定义储氢合金是指能够将氢气吸附储存在其晶格中的金属合金。
ab2储氢合金是指由A、B两种金属组成的合金，其中金属A通常为钛或锆，金属B通常为镍、铁、钴等。
这种合金具有较高的储氢容量和较低的储氢温度，因此被广泛研究和应用于储氢领域。
第二部分：储氢性能ab2储氢合金具有优异的储氢性能，其储氢容量可达到理论值的70%以上。
这是因为合金晶格中的金属A和金属B之间存在着较强的相互作用力，使得氢气可以被吸附并储存在晶格空隙中。
同时，ab2储氢合金的储氢温度较低，通常在室温下就可以实现储氢。
这使得ab2储氢合金成为一种理想的储氢材料。
第三部分：制备方法ab2储氢合金的制备方法主要有机械合金化法和电化学沉积法两种。
机械合金化法是将金属A和金属B的粉末按一定比例混合，并在高温下进行球磨，使其发生固态反应形成储氢合金。
电化学沉积法则是通过电化学方法将金属A和金属B依次沉积在电极上，并在适当的条件下使其发生反应生成储氢合金。
这两种制备方法都能够得到高质量的ab2储氢合金。
第四部分：应用领域ab2储氢合金在储氢领域具有广泛的应用前景。
首先，在新能源汽车领域，ab2储氢合金可以作为储氢材料用于制备燃料电池汽车的储氢罐，实现氢能源的高效利用。
其次，在能源储存领域，ab2储氢合金可以作为储氢材料用于储存和释放电能，实现能源的高效转换和利用。
此外，ab2储氢合金还可以应用于氢能源站的储氢设备、航空航天领域的燃料储存等。
ab2储氢合金作为一种具有高储氢容量和较低储氢温度的材料，在储氢领域具有重要的应用价值。
随着科学技术的进步和应用需求的增加，相信ab2储氢合金将会在未来得到更广泛的研究和应用。
储氢合金
储氢合金由于石油和煤炭的储量有限，而且在使用过程中会带来环境污染等问题，使氢能作为新的清洁燃料成为研究热点。
在氢能利用过程中，氢的储运是重要环节，而储氢合金顾名思义就是用于储运氢的。
储氢合金是由两种特定金属构成的合金，其中一种可以大量吸氢，形成稳定的氢化物，而另一种金属虽然与氢的亲和力小，但氢很容易在其中移动。
Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等属于第一种金属，控制储氢量；Fe、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等属于第二种金属，控制释放氢的可逆性。
通过合理配制，调节合金的吸放氢性能，制得在室温下能够可逆吸放氢的较理想的储氢材料。
别看储氢合金的金属原子之间缝隙不大，但储氢本领却比氢气瓶的本领可大多了，具体来说，相当于储氢钢瓶重量1/3的储氢合金，其体积不到钢瓶体积的1/10，但储氢量却是相同温度和压力条件下气态氢的1000倍。
采用储氢合金来储氢，不仅具有储氢量大、能耗低，工作压力低、使用方便的特点，而且可免去庞大的钢制容器，从而使存储和运输方便而且安全。
目前储氢合金主要包括有钛系、锆系、铁系及稀土系储氢合金。
那么这种合金又是如何发展得来的呢？20世纪60年代，材料王国里出现了能储存氢的金属和合金，统称为储氢合金（hydrogen storage metal）,这些金属或合金具有很强的捕捉氢的能力，它可以在一定的温度和压力条件下，氢分子在合金(或金属)中先分解成单个的原子，而这些氢原子便“见缝插针”般地进入合金原子之间的缝隙中，并与合金进行化学反应生成金属氢化物(metal hydrides)，外在表现为大量“吸收”氢气，同时放出大量热量。
而当对这些金属氢化物进行加热时，它们又会发生分解反应，氢原子又能结合成氢分子释放出来，而且伴随有明显的吸热效应。
20世纪70年代，LaNi5和Mg2Ni在荷兰Philips与美国Brookhaven 实验室相继被发现具有可逆的吸放氢能力并伴随的一系列物理化学机理变化。
1973年起，LaNi5开始被试图作为二次电池负极材料采用，但由于其循环性能较差，未能成功。
储氢合金
储氢合金氢是一种热值很高，且对自然环境无污染的燃料。
它可以通过电解水的方法产生，是一种取之不尽、用之不竭的二次能源。
专家们认为，不久的将来，氢将成为一种主要的能源燃料。
可是，如果没有一种方便的储存氢气的办法，氢就不可能作为普通的常规能源得到广泛应用。
目前使用的储氢办法是采用高压钢瓶装压缩气态氢或用一种特制瓶装液态氢。
但是这两种方法都存在耗能高、容器笨重不便、不安全等缺点，因而其应用受到限制。
储氢合金是一种能储存氢气的合金，它所储存的氢的密度大于液态氢，因而被称为氢海绵。
而且氢储入合金中时不仅不需要消耗能量，反而能放出热量。
储氢合金释放氢时所需的能量也不高，加上工作压力低，操作简便、安全，因此是最有前途的储氢介质。
储氢合金的储氢原理是可逆地与氢形成金属氢化物，或者说是氢与合金形成了化合物，即气态氢分子被分解成氢原子而进入了金属之中。
由于氢本身会使材料变质，如氢损伤、氢腐蚀、氢脆等。
而且，储氧合金在反复吸收和释放氢的过程中，会不断发生膨胀和收缩，使合金发生破坏，因此，良好的储氢合金必须具有抵抗上述各种破坏作用的能力。
正在研究和发展中的储氢合金通常是把吸热型的金属（例如铁、锆、铜、铬、钼等）与放热型的金属（例如钛、锆、镧、铈、钽等）组合起来，制成适当的金属间化合物，使之起到储氢的功能。
吸热型金属是指在一定的氢压下，随着温度的升高，氢的溶解度增加；反之为放热型金属。
效果较好的储氢材料，主要有以镁型、钙型、稀土型及钛型等金属为基础的储氢合金。
用钛锰储氢合金储氢，与高压氢气钢瓶相比，具有重量轻、体积小的优点。
在储氢量相同时，它的重量和体积分别为钢瓶的７０％和２５％。
这种储氢合金不仅具有只选择吸收氢和捕获不纯杂质的功能，而且还可以使释放出的氢的纯度大大提高，因此，它又是制备高纯度氢的净化材料。
这类储氢合金可采用高频感应炉熔炼和铸造，并经高温氢气处理而制得。
它的特点是比重小，储氢量大，价格低廉。
在２０℃时，每克合金可吸收２２５ｃｍ３的氢，或释放１８５ｃｍ３的氢，即每１ｃｍ３的合金能储藏１１２５ｃｍ３的氢。
储氢合金的储氢原理
储氢合金的储氢原理
储氢合金是一种可以吸收和释放氢气的材料，它在储氢领域有着广泛的应用前景。
储氢合金的储氢原理是指其通过物理或化学方式将氢气吸附或嵌入到其晶格结构中，并在需要时释放氢气。
储氢合金的储氢原理主要包括吸附储氢和金属氢化物储氢两种方式。
首先，吸附储氢是指储氢合金通过物理吸附的方式将氢气吸附到其表面或孔隙中。
在吸附储氢过程中，氢气分子通过物理吸附力与储氢合金表面相互作用，形成氢气分子层，从而实现氢气的储存。
吸附储氢是一种相对简单的储氢方式，其特点是吸附速度快、反应温度低、操作简单，但吸附量相对较小，储氢密度低。
其次，金属氢化物储氢是指储氢合金通过化学反应将氢气嵌入到其晶格结构中
形成金属氢化物。
金属氢化物储氢是一种相对复杂的储氢方式，其特点是储氢量大、储氢密度高，但储氢和释放氢气的反应速度较慢，需要一定的温度和压力条件。
金属氢化物储氢是目前储氢合金应用较为广泛的一种方式，其在储氢汽车、储能等领域有着重要的应用价值。
储氢合金的储氢原理是储氢技术发展的关键，其性能和储氢效率直接影响着储
氢合金的应用性能和经济性。
目前，研究人员通过合金设计、晶体结构调控、催化剂掺杂等手段不断优化储氢合金的储氢原理，提高其储氢量、储氢速度和循环稳定性，为储氢合金的应用拓展和推广提供了重要的技术支撑。
总的来说，储氢合金的储氢原理是多种物理和化学过程的综合作用，其通过吸
附储氢和金属氢化物储氢两种方式实现氢气的储存和释放。
随着储氢技术的不断发展和完善，储氢合金作为一种重要的储氢材料将在清洁能源、新能源汽车等领域发挥越来越重要的作用。
镁镍储氢合金
造氢能电池
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九、储氢材料
储氢材料仅有30年的发展历史 → 新型功能材料 发展迅速，受到各国政府的高度重视
美国能源部用于氢储存方面的研究经费约占氢能研究经费
的50%
日本政府制定的“新阳光计划”中，储氢技术是氢能发电
计划中的三大内容之一
我国早在“八五”国家863计划中就把储氢材料列为重点
6
四、Mg2Ni试验方法
原材料 加入到ss81—21中
镁（块状）
Mr=24
镍（块状)
பைடு நூலகம்
Mr=58.69
频五芯感应炉（额 定功率75kw、额定 电压550V）中熔炼 （镁一般都按照 5%的富余计算）
7
五、Mg2Ni的制备工艺
先在炉子底部洒盖少量覆盖剂；
然后加镁，炉子升温，使镁熔化，待炉温达
存，碳纤维和碳纳米管储存，玻璃微球储存等
2.2化学储氢：金属氢化物储存，有机液态氢化物储存，
无机物储存，复杂氢化物储存等
5
三、常用金属储氢材料分类
镧镍系 钛铁基 镁镍系
质轻、原料丰 原料易得、活 富、储氢密度 性好 高、环境污染 小
优点
储氢性能好
缺点
价格高昂
含有杂(非金 属）合金
吸放氢温度高、 速率缓慢
镁镍储氢合金
1
2
3
一、储氢合金定义
储氢合金是一种能够储存氢的材料 储氢材料是能与氢反应生成氢化物的物质具有高度
的吸氢放氢反应可逆性（狭义） 储氢合金是能够担负能量储存、转换和输送功能的 物质的“载氢体”或“载能体”（广义）
显然易见，储氢合金的具体含义！
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二、储氢技术
储氢合金的储氢原理
储氢合金的储氢原理
储氢合金（Hydrogen Storage Alloys）是指一类能够将氢气吸附、储存和释放的合金材料，通常由过渡金属和其他元素组成。
这些合金的储氢原理基于氢气与合金表面之间的相互作用力。
储氢合金的储氢原理主要有物理吸附和化学吸附两种机制。
物理吸附是指氢气分子与储氢合金表面的范德华力相互作用，使氢气被吸附在合金表面上。
这种吸附方式不涉及化学反应，只是通过氢气分子与合金表面之间的相互作用力进行吸附和释放。
物理吸附可以在相对较低的温度和压力下进行，但吸附量较小，储氢能力有限。
化学吸附是指氢气与储氢合金发生化学反应，形成化合物的方式来储存氢气。
在合金内部，氢气分子与过渡金属之间发生化学键形成金属氢化物。
这种化学吸附方式具有较高的储氢量和储氢能力，可以实现高密度储氢，但需要较高的温度和压力来实现吸附和释放。
除了物理吸附和化学吸附之外，储氢合金还可以通过氢解和再合成的过程来储存和释放氢气。
氢解是指将金属氢化物加热至一定温度，使金属氢化物分解为金属和氢气。
再合成则是将金属和氢气重新反应生成金属氢化物。
这种方式可以实现循环使用储氢合金，但对温度和压力有一定的要求。
总的来说，储氢合金的储氢原理是通过物理或化学吸附氢气分子，将其储存在合金内部或表面，以实现氢气的吸附、储存和
释放。
不同的储氢合金拥有不同的储氢能力和工作条件，可以根据具体需求选择合适的材料和储氢方式。
储氢合金的主要应用
储氢合金的主要应用储氢合金的主要应用储氢合金是指以合金形式存在的一类具有良好储氢性能的金属材料，它以某些金属组份的混合物的形式存在，并具有高结构稳定性、抗氢脆性、较好的可焊性能等特点。
由于其优异的物理性能，储氢合金已经成为应用于氢能发电、氢气贮存及储氢系统中不可或缺的重要材料。
一、电动汽车电动汽车是近几年来新兴的绿色出行方式，按照动力源的不同分为汽油电动车、电动电池车和储氢电动车。
目前，储氢电动车随着氢能科技的发展，已经成为电动汽车技术的重要路径。
储氢电动车的发展必然要求储氢系统的安全可靠，因此，需要用到高能量密度、高结构稳定性和高抗氢脆性的储氢合金材料。
储氢合金能够满足电动汽车储氢系统对重量轻、体积小、成本低和安全可靠的要求，从而推动储氢电动车产业的发展。
二、氢能发电氢通常以储氢合金的形式存储，并用于氢能发电。
储氢合金的发展，使氢能发电的成本大大降低，从而促进氢能发电行业的发展。
目前，美国、日本和德国等国家的政府都在大力支持氢能发电技术的发展。
储氢合金不仅拥有良好的高能量密度和高结构稳定性，而且能够有效减少H2气体的泄漏，为氢能发电安全可靠提供了有力保障。
三、氢气贮存氢气贮存技术是一种在现有基础设施上发展的新型技术，主要使用储氢合金对氢气在日常贮存、运输和使用中实现有效调度，主要用于供应型和消耗型的氢气需求。
由于储氢合金具有良好的抗氢脆性能和高热稳定性，所以在氢气贮存系统中具有重要的地位。
储氢合金的应用使氢气贮存系统的技术发展有了质的飞跃，从而推动氢气贮存系统的应用。
四、其他应用除了上述应用外，储氢合金还可用于燃料电池、汽车发动机、航空发动机、航天火箭发动机等，这些应用领域也正在迅速发展。
总之，储氢合金是一种具有多种特性的金属材料，具有良好的高能量密度、高结构稳定性和高抗氢脆性等优异品质，经过多年的发展，储氢合金已经成为应用于氢能发电、氢气贮存和储氢系统中不可或缺的重要材料，为氢能技术的发展提供了有力的支撑。
储氢合金
Ⅱ La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5合金吸放氢过程中的原位衍射分析
Ⅲ La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5 合金的晶格应力和衰变机理
(La,Mg)(Ni,Co)n (n=3.0-4.0) 合金
电化学性质
相对于AB5型合金而言: 高的放电容量 (410mAh/g) ——AB5型 (330mAh/g) 好的循环稳定性 室温时高的倍率放电性能
2000
Rwp=14.60 Rp=11.14 s=2.031
8000
A-2
6000
4000
Rwp=15.90 Rp= 12.37 s=2.324
Intensity
Intensity
1000 2000
LaNi3 0
All the samples are multi-phase alloys with superlattice Ce2Ni7
A-3
mixture of Pr5Co19-type
and PuNi3-type
0.8069 nm
0.8123 nm 0.8152 nm
d=0.5375 nm
d=1.619, 0.807 和 0.5375nm Pr5Co19type相 d=1.21~1.22 和0.606~0.607nm Ce2Ni7type相
10000
8000
Dehydride
6000
4000
2000
0
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
2 /
Equilibrium pressure /MPa
20
25
储氢合金的储氢原理
储氢合金的储氢原理
储氢合金是一种特殊的材料，可以吸收、存储和释放氢气。
其储氢原理基于物理吸附和化学吸附两个主要机制。
物理吸附是指氢气分子在储氢合金材料的表面上通过范德华力与吸附位点相互作用。
这种吸附是可逆的，氢气在较低温度和较高压力下被储存，并且在相同条件下释放。
物理吸附的储氢容量取决于合金材料的孔隙结构和表面积，以及温度和压力。
化学吸附是指氢气分子与储氢合金材料中的金属原子发生化学键形成化合物，从而实现氢气的储存。
与物理吸附不同，化学吸附是不可逆的，需要高温和较高压力才能释放储存的氢气。
化学吸附的储氢容量取决于合金材料中金属原子的活性和可储存氢气的化学键的数量。
储氢合金的设计和制备需要考虑上述储氢原理。
合金材料的选择应基于其具有高表面积和适当的孔隙结构，以达到较高的物理吸附储氢容量。
同时，合金中的金属原子需要具有良好的催化活性和与氢气反应形成化合物的能力，以实现较高的化学吸附储氢容量。
综上所述，储氢合金的储氢原理主要通过物理吸附和化学吸附两种机制实现。
物理吸附是可逆的，而化学吸附是不可逆的，两种机制共同作用可提供高效的氢气储存和释放。
这为氢能源的应用提供了一种可行的储氢技术。
储氢合金材料简介
储氢合金材料简介氢是一种高效能且对自然环境无污染的燃料，1千克氢燃烧时可放出14万焦耳的热量，是同样重量汽油发热量的3倍。
氢气可以通过电解水的方法产生，同时它燃烧后又生成水，因此氢气是不污染环境、取之不尽、用之不竭的新型能源。
氢在常温下是气体，脾气很暴躁，当与空气混合浓度达到4～97% 范围时就会与明火燃烧爆炸，这就给使用、运输和储存带来了困难。
因此，若没有一种方便的储存氢气的办法，氢就不可能作为普通的常规能源得到广泛应用。
常规储氢办法包括高压钢瓶装压缩气态氢和一种特制瓶装液态氢两种。
利用高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，瓶内最高可加压到几百个大气压，但即使这样，由于钢瓶储存氢气的容积小，存储量有限，因此所装氢气的质量不到氢气瓶质量的1%，而且既笨重，又有爆炸的危险。
采用液态氢储存方式，就是先将气态氢降温到-253℃变为液体后保存在一个特殊结构的液体氢储存箱，然而由于液体储存箱非常庞大，而且需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化以至流失。
目前，液氢主要用作火箭和航天飞机等特殊领域的液体燃料，它与液氧燃烧放出巨大的能量来推动火箭和航天飞机飞行。
总的来说，高压储氢和液态储氢两种存储氢方式，都需要消耗大量的机械能来压缩氢气或液化氢气，因此能耗非常高，且存在存储容器笨重不便、不安全等缺点，因而其应用受到限制。
图 1 储氢钢瓶图 2 以液氢为燃料的火箭20世纪60年代，材料王国里出现了能储存氢的金属和合金，统称为储氢合金（hydrogen storage metal ）,这些金属或合金具有很强的捕捉氢的能力，它可以在一定的温度和压力条件下，氢分子在合金(或金属)中先分解成单个的原子，而这些氢原子便“见缝插针”般地进入合金原子之间的缝隙中，并与合金进行化学反应生成金属氢化物(metal hydrides)，外在表现为大量“吸收”氢气，同时放出大量热量。
而当对这些金属氢化物进行加热时，它们又会发生分解反应，氢原子又能结合成氢分子释放出来，而且伴随有明显的吸热效应。
储氢合金的分类与性能[整理]
![储氢合金的分类与性能[整理]](https://img.taocdn.com/s3/m/be763e0afbd6195f312b3169a45177232f60e4c7.png)
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。
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。
储氢合金工作原理
储氢合金工作原理储氢合金是一种能够高效存储和释放氢气的材料。
它在能源领域具有重要的应用价值，可以作为氢能源的储存和运输载体。
储氢合金工作原理涉及到物质吸附、化学反应和热力学平衡等多个方面。
一、储氢合金的基本概念储氢合金是指在一定条件下，通过吸附或化学反应将氢气固定在其晶格中的材料。
它可以分为物理吸附型和化学吸附型两种类型。
物理吸附型储氢合金主要通过范德华力将氢分子吸附在其表面上，而化学吸附型则通过与氢发生化学反应形成化合物来存储氢。
二、物理吸附型储氢合金工作原理1. 吸附过程物理吸附型储氢合金通常由多孔材料构成，具有大量微孔和介孔结构。
当高压下将含有氢气的混合物与储氢合金接触时，由于压力差异，氢分子会进入孔隙中并与表面发生相互作用。
这种相互作用主要是范德华力的引力作用，使氢分子被吸附在储氢合金表面。
2. 吸附热效应吸附过程中伴随着一定的热效应。
当氢分子与储氢合金表面发生相互作用时，会释放出一定的吸附热。
这些吸附热会导致储氢合金温度升高，同时也会增加系统的内能。
3. 吸附平衡物理吸附过程是可逆的，当达到一定平衡状态时，储氢合金表面上已经存在一定数量的吸附氢分子。
在平衡状态下，物理吸附型储氢合金可以实现高密度的氢存储。
三、化学吸附型储氢合金工作原理1. 化学反应化学吸附型储氢合金通过与氢发生化学反应来存储和释放大量的氢。
常见的化学反应包括金属与氢形成金属-氢化物化合物（MH）以及配位聚合物与氢形成配位聚合物-氢化物（CPH）等。
2. 反应动力学化学吸附型储氢合金的反应速率受到多种因素的影响，包括温度、压力、催化剂等。
通常情况下，较高的温度和压力有利于反应的进行，但过高的温度和压力可能导致反应速率过快而失去控制。
3. 吸附与解吸化学吸附型储氢合金在储氢过程中会发生氢分子与金属或配位聚合物之间的化学键形成和断裂。
在吸附阶段，氢分子通过化学反应与储氢合金形成化合物；在解吸阶段，通过改变温度或压力等条件，使得化合物中的氢分子脱离并释放出来。
储氢合金
储氢合金无机1002班汪沅201039110213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.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.氢是一种非常重要的二次能源。
它的资源丰富；发热值高，燃烧1kg氢可产生142120kJ的热量，比任何一种化学燃料的发热值都高；氢燃烧后生成水，不污染环境。
因此，氢能是未来能源最佳选择之一。
氢的利用主要包括氢的生产、储存和运输、应用三个方面。
而氢的储存是其中的关键。
氢气储存技术的滞后，限制了氢的大规模应用，特别是交通工具上的应用。
储氢合金是一种新型合金，一定条件下能吸收氢气，一定条件能放出氢气。
虽然可将氢气存贮于钢瓶中，但这种方法有一定危险，而且贮氢量小(15MPa，氢气重量尚不到钢瓶重量的1／100)，使用也不方便。
液态氢比气态氢的密度高许多倍，固然少占容器空间，但是氢气的液化温度是-253℃，为了使氢保持液态，还必须有极好的绝热保护，绝热层的体积和重量往往与贮箱相当。
储氢合金能以金属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的储氢方法。
1 金属储氢原理许多金属(或合金)可固溶氢气形成含氢的固溶体(MHx)，固溶体的溶解度[H]M与其平衡氢压pH2的平方根成正比。
在一定温度和压力条件下，固溶相(MHx)与氢反应生成金属氢化物。
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；改变温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的吸释氢功能。
换言之，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、压力与合金成分的控制。
2 储氢合金分类并不是所有与氢作用能生成金属氢化物的金属(或合金)都可以作为储氢材料。
实用的储氢材料应具备如下条件：(1)吸氢能力大，即单位质量或单位体积储氢量大。
(2)金属氢化物的生成热要适当，如果生成热太高，生成的金属氢化物过于稳定，释氢时就需要较高温度；反之，如果用作热贮藏，则希望生成热高。
化学科普系列之化学与生活：储氢合金
化学科普系列之化学与生活：储氢合金氢作为能源应用的一大难题是储存，可以说氢的规模储运是氢能应用的关键。
氢气的密度很小，它必须经过压缩或在极低的温度下液化，其浓度才能达到成为一种有用燃料的要求。
液氢无论是生产、液化还是储存都比较困难，使得液氢的使用成本相当高，且危险性极大，目前主要在航天、远程导弹等方面作为燃料得到应用。
目前，高压容器储氢仍是储存氢气的主要方法，储氢压力为12MPa~20MPa，一般一个充气压力为20MPa的高压钢瓶储氢重量只占其中的1.6%，无论单位体积储氢能力或能量密度均较低，当然还有安全性差的问题。
因此，利用一般的高压容器储氢作为汽车、飞机等交通工具的燃料，无论在经济上还是在安全性上都不太适合。
当前最有希望的储氢方法是利用金属氢化物方式储氢。
研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，与金属反应生成金属氢化物，氢原子储存于金属结晶间隙，同时放出热量。
然后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。
这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。
储氢合金的储氢能力很强。
单位体积储氢的密度是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也就相当于储存了1000个大气压的高压氢气。
由于储氢合金都是固体，既不用储存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要储氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，如同蓄电池的充、放电，因此储氢合金是一种极其简便易行的理想储氢方法。
目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金、镁系储氢合金及稀土系储氢合金。
其中接近实用化的有如下几种。
钛铁合金是一种比较便宜而实用的储氢材料，它的分解压在室温附近是几个大气压。
用它来取代有易爆危险和体积庞大的氢气瓶，重量可以减轻一半。
镧镍合金和镁镍合金也受到人们普遍关注。
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几种贮氢方法比较
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二 储氢材料技术现状
金属合金材料 物理吸附材料 复合化学氢化合物材料 液态有机储氢材料
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金属氢化物储氢特点
反应可逆 M + x/2H2
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目前，美国、西德、日本在氢能和储氢金属利用方面已接近实用化。 1979~1983年西德奔驰汽车公司氢做燃料在西柏林和斯图加特进行了 小型客车和货车的行车实验。据报道，只要带上储氢量为5kg的 280kgTiFe合金氢化物就能行驶110km。
1980年，我国研制成功了第一辆氢汽车。 1985年10月，苏联也在莫斯科利用钛、铁、矾合金氢化物进行了氢汽
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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物理吸附类材料 范德华力
碳基材料(石墨、活性炭、碳纳米管)及其衍生 物(如石墨插层化合物KC24、CsC24等）
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
实际使用时需对合金进行表面改性处理
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钛和铁可形成TiFe和TiFe2二种稳定的金属间 化合物。TiFe2基本上不与氢反应，TiFe可在室温 与氢反应生成TiFeH1.04和TiFeH1.95两种氢化物。其 中TiFeH1.04为四方结构，TiFeH1.95为立方结构。其 贮氢量比LaNi5大，为自重的1.75%。
油混合燃料汽车的试验。 我国的稀土类资源占世界首位，工业总储量为各国总储量的5倍，为发
展稀土储氢金属开辟了广阔的前景。近年来，我国在储氢金属研制方 面取得了重大的进展，一些产品的性能已达到国外同类产品的水平。
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储氢材料的研究与发展
报告人：吴丽娟 学 号: S201109027 日 期：2012年4月10日
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一 研究背景
氢——二十一世纪的绿色能源
优点： 自然界最普遍的元素; 清洁能源; 燃烧性能好，易点燃; 发热值高(142MJ/kg); 导热性好; 用途广泛;
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
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
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稀土镧镍系储氢合金
❖ 典型代表：LaNi5 ,荷兰P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
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钛铁系储氢合金
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氢的储存方法
气态储氢：
开发新型高效的储氢材料和 安全的储氢技术
1) 能量密度低
2) 不太安全
液化储氢：
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）
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
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。
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镁系储氢材料
典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实 验室首先报道
单壁纳米碳管束TEM照片
多壁纳米碳管TEM照片
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非晶态合金储氢
非晶态合金比同组分的晶态合金在相同温度和氢 压下有更大的贮氢量，如TiCu非晶态比晶态贮氢 量大1/3。
非晶态贮氢合金具有较高耐蚀性、耐磨性，可多 次使用而不破碎，但吸氢放热时易使其晶化。
无机多孔材料(如沸石分子筛)和金属有机骨架 化合物等
➢ 优点：储氢方式简单、吸放氢容易 ➢ 缺点：大多只能在–196℃左右有足够的储
氢密度，在常温常压下其吸氢量很低，因而 用途有限。
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纳米碳管储氢-
美学者Dillon1997首开先河
1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs