高容量储氢材料的研究进展_陈军
(完整版)储氢材料
储氢材料研究进展班级：*********姓名： ********学号：*********课程老师：**教授日期： ********储氢材料研究进展[1]能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉。
随着社会经济的发展, 全球能源供应的日趋紧缺, 环境污染的日益加剧, 已有的能源和资源正在以越来越快的速度消耗。
面对化石燃料能源枯竭的严重挑战, 近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发。
在新的能源领域中, 洁净无污染的氢能利用技术正在以惊人的速度发展, 己引起工业界的热切关注。
氢的规模制备是氢能应用的基础, 氢的规模储运是氢能应用的关键, 氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式, 三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。
但是, 由于氢在常温常压下为气态, 密度很小, 仅为空气的1 /14, 故氢的储存就成了氢能系统的关键技术。
1 储氢方式[3]氢气的存储有3种方式:液态、高压气态和固态储氢[4] ,它们有各自的优点和缺点。
而利用储氢材料与氢气发生物理或化学作用将氢气存储于固体材料中的固态储氢方式,能有效克服气、液两种存储方式的不足,且储氢体积密度大、安全度高、运输方便、操作容易,特别适合于对体积要求较严格的场合,如在燃料电池汽车上的使用。
固态储氢材料主要有:金属氢化物、配位氢化物和多孔吸附材料等,其中金属氢化物储氢[2]的研究已有30 多年,而后两种的研究较晚。
金属氢化物储氢材料主要有稀土系、Laves 相系、镁系和钛系等;配位氢化物是由碱金属(如Li、Na、K)或碱土金属(如Mg、Ca)与第ⅢA元素(如B、Al)或非金属元素(如N)形成的;多孔吸附材料分为物理吸附和化学吸附两大类,如碳纳米管[5]、BN 纳米管、硫化物纳米管、金属有机骨架材料(MOF)和活性炭等。
然而,传统的金属氢化物因密度大而限制了它们的实际应用。
为了克服这一缺点,许多由轻元素组成的配位氢化物或复杂氢化物被广泛研究,像铝氢化物体系、硼氢化物体系和氨基2亚氨基体系等。
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展一、本文概述随着全球能源结构的转型和可持续发展目标的日益紧迫，氢能作为一种清洁、高效的能源形式，正受到越来越多的关注。
而储氢材料作为氢能利用的关键环节，其性能的提升和技术的突破对于氢能的大规模应用具有决定性的影响。
本文旨在全面综述储氢材料的研究进展，通过对不同类型储氢材料的性能特点、应用领域以及发展趋势进行深入探讨，以期为氢能领域的科研人员和技术人员提供有益的参考和启示。
本文将首先介绍储氢材料的研究背景和重要意义，然后从物理储氢材料、化学储氢材料和复合储氢材料三个方面，分别阐述各类储氢材料的最新研究成果和进展。
在此基础上，本文将重点分析储氢材料的性能评价指标，如储氢密度、吸放氢动力学、循环稳定性等，并探讨影响这些性能指标的关键因素。
本文将展望储氢材料的发展趋势和未来研究方向，以期为推动氢能领域的技术创新和产业发展贡献一份力量。
二、储氢材料的分类储氢材料，作为能量储存和转换的重要媒介，在氢能源的应用中扮演着关键角色。
根据其储氢机制和材料特性，储氢材料大致可分为物理吸附储氢材料、化学氢化物储氢材料、金属有机骨架储氢材料以及纳米储氢材料等几大类。
物理吸附储氢材料：这类材料主要通过物理吸附作用储存氢气，如活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
这些材料具有高的比表面积和良好的吸附性能，能够有效地吸附并储存氢气。
然而，其储氢密度相对较低，且受温度和压力影响较大。
化学氢化物储氢材料：这类材料通过化学反应将氢气转化为氢化物来储存氢，如金属氢化物（如NaAlHMgH2等）和氨硼烷等。
这类材料具有较高的储氢密度，但储氢和释氢过程通常需要较高的温度和压力，且可能伴随有副反应的发生。
金属有机骨架储氢材料：金属有机骨架（MOFs）是一种新型的多孔材料，具有高的比表面积和孔体积，以及可调的孔径和化学性质。
MOFs材料通过物理吸附或化学吸附的方式储存氢气，具有较高的储氢密度和良好的可逆性。
纳米储氢材料：纳米储氢材料主要包括纳米金属颗粒、纳米碳材料等。
新能源材料——储氢材料的研究进展
目录1 储氢合金 (1)1.1 储氢合金的原理 (1)1.2 理想的贮氢金属氢化物 (2)1.3 常用储氢合金 (2)1.3.1 稀土系储氢合金 (2)1.3.2 镁系储氢合金 (2)1.3.3 镁基储氢材料的主要制备方法 (2)2 碳基和有机物储氢材料 (2)2.1 碳基储氢材料 (2)2.1.1 活性炭储氢 (2)2.1.2 碳纤维储氢材料 (3)2.1.3 碳纳米管储氢材料 (3)2.2 有机物储氢材料 (3)2.2.1 有机液体储氢 (3)2.2.2 金属有机物储氢 (3)3 络合物储氢材料 (3)4 玻璃微球储氢材料 (4)5 总结 (4)6 参考文献 (5)新能源材料——储氢材料的研究进展摘要综述了近年来储氢材料的研究进展, 简要介绍了合金、碳基和有机物、络合物和玻璃微球等几种主要储氢材料的储氢材料应用并指出储氢材料发展趋势。
关键词储氢材料，应用，进展能源是国民经济的基础, 是人类赖以生产、生活和生存的重要源泉。
随着科学技术的进步, 人类社会经历了薪柴、煤炭和石油三个能源阶段。
从未来社会能源结构看, 人类一方面要面对煤、石油等矿物能源的日益枯竭, 另一方面又要正视矿物能源所造成的环境污染问题。
如酸雨、温室效应等已给人类带来了相当大的危害, 而汽车尾气也成为大气污染的一个主要来源之一。
因此寻找一种可替代传统碳氢化合物能源的新能源已成为世界各国科学家毕生奋斗的目标。
氢在宇宙间含量丰富, 具有许多特殊的性质, 是理想的二次能源。
氢是一种高能量密度、清洁的绿色新能源, 它在燃料电池以及高能可充放电电池等方面展现了很好的应用前景。
在利用氢能的过程中, 氢气的储存和运输是关键问题。
传统的高压气瓶或以液态、固态储氢都不经济也不安全。
而使用储氢材料储氢能很好地解决这些问题。
目前所用的储氢材料主要有合金、碳基和有机物、某些络合物和玻璃微球储氢材料。
本文讨论了几种主要储氢材料的储氢功能特点, 综述了它们的近期研究进展。
储氢材料的研究进展-中南大学
中南大学材料化学论文题目储氢材料的研究进展学生学号学生姓名学院专业班级指导老师李笃信储氢材料的研究进展【摘要】氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源, 正引起世界各国的重视。
储存技术是氢能利用的关键。
储氢材料是当今研究的重点课题之一, 也是氢的储存和输送过程中的重要载体。
本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料, 如金属( 合金) 储氢、碳基储氢、有机液体储氢、络合物储氢、硼烷氨储氢等材料, 比较了各种储氢材料的优缺点, 并指出其发展趋势。
【关键词】储氢材料; 金属(合金)储氢;碳基储氢;有机液体储氢;络合物储氢;硼烷氨;MOFs;综述。
【Abstract】 As a new type of green energy with high energy density, hydrogen has attracted extensive attention on research and applications all over the world.Consequently, hydrogen storage materials, which are important carriers in hydrogen storage and transport , are one of the hot research topics nowadays. We reviewed the widely used o r under-research hydrogen storage materials such as metal ( alloy) hydrides, carbon hydrides,organic liquid hydrides, complex hydrides, and ammo nia-borane ( NH3BH3 ) . T he advantages and disadvantages of various hydrogen storage materials are compared. T he trend o f the hydrogen storage materials is also highlighted.【Key words】hydrogen storage materials; metal ( alloy ) hydrides; carbon hydrides; organic liquid hydrides; complex hydrides; ammonia borane; MOFs; overview1 引言氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体, 正引起人们的广泛关注。
储氢材料的发展历史和研究进展
文献综述储氢材料的发展历史和研究进展摘要作为一种清洁的新型能源，氢能对当今社会的重要性不言而喻，而氢能的有效利用成为了当前的研究重点，氢能应用的关键是氢的有效储存。
综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料，包括金属氢化物储氢、碳质储氢材料，分析了它们的优缺点，同时指出其相关发展趋势关键词储氢材料，传统储氢材料，金属储氢材料，碳质储氢材料1 引言进入了新的世纪，随之而来的还有许许多多的问题，其中最重要的问题之一是新能源问题！当今世界上应用最广的还是石油等化石能源，但这些化石能源也在不断减少，而且这些能源的利用率低，污染严重！因为这些能源利用而产生的污染问题也在日益加重！如：温室效应！氢能就在这样的背景下应运而生！氢能的原料——氢气在地球上的储量很大，而且氢气的使用具有可循环性！这些显著的优点使得当今世界中对氢能利用的呼声越涨越高！氢气是一种清洁的燃料，氢气燃烧后可以产生水，而它也可以用水制得！而水是地球上随处可见的！氢气的燃烧不会产生任何的温室气体，可以大大缓解当前严重的“温室效应”现象！氢能的使用便成为了以后世界中最具发展性的能源之一！而氢能的使用的条件是储存和运输！有关储氢材料的研究便就此展开！研究一种性能好的储氢材料成为了一个亟待解决的问题！［1］2传统储氢方式传统的储氢方式分为气态储氢和低温储氢两种方式，它们各有千秋，有都有各自的弊端，下面就详细介绍它们的优缺点。
2.1气态储氢方式气态储氢方式的成本低，在常温下就可以进行，但需要加大压强，使气体压缩，且储存的气体能量较小，它还需要能承受住足够压力的容器，这边对能储存这种压力下的氢气的容器要求十分之高。
而且这种储氢方式的容器承压能力不够强的话，还会存在氢气易泄漏，易爆炸的危险。
这种储氢方式的发展在于研究一种能承受住足够压力的材料，且不容易裂开的材料！2.2低温液态储氢低温液态储氢方式是将氢气进行压缩并置于低温的环境下使其可以成为液态，并放入绝热性能高的容器中。
储氢材料的研究进展
氢的储存技术是开发利用氢能的关键性技术，如何有效地对氢进行储存，并且在使用时能够方便地释放出来，是该项技术研究的焦点。以上介绍的每一种储氢材料都有或多或少的缺点，制约其长足的发展。比如说，储氢合金虽是主要应用的储氢材料，但大多数储氢合金的自重大，寿命也是个问题，自重低的镁合金很难常温储放氢，大规模应用仍然有困难。碳纳米管储氢材料受到广泛关注，但基础研究不够，能否实用化还是个问题，目前的研究重点是提高室温、常压下氢的吸附量，在吸附机理、吸附剂的合成和吸附剂的净化等方面取得突破性进展。另一思路是制备新型的复合储氢材料，大部分储氢材料的性能都有加合的特点，而单一的储氢材料的性质也较多地为人们所认识。所以，复合储氢材料是未来储氢材料制备的一个走向。
有机物储氢的特点是：(1)储氢量大，苯和甲苯的理论储氢质量分数分别为7.19 %和6.18 %，比传统的金属氢化物、高压压缩的储氢量大得多；(2)储氢剂和氢载体的性质与汽油相似，储存、运输、维护保养安全方便，特别是储存设施的简便是传统储氢技术难以比拟的；(3)可多次循环使用，寿命长达20年；(4)加氢反应放出大量热可供利用。Touzani和Klvana等[16,17]系统地研究了MCH的脱氢反应，并对偶联于氢燃机上的脱氢反应进行了数值模拟。瑞士在研究随车脱氢，为汽车提供燃料的技术方面开展了一系列研发工作[35,36]。Parmaliana等[18]利用商品化的载Pt蜂窝状催化剂研究了苯/环己烷的加氢和脱氢反应，250℃～350℃，常压下，加氢效果最好。Cacciola等[19]论证了用环己烷和甲基环己烷作氢载体的储氢和输氢的可行性。我国的有机液体氢化物储氢技术，1994年石油大学进富[20]对利用Ni - Al2O3催化剂的甲苯气相加氢反应及其动力学进行了研究，取得了一定的进展。2003年，顾仁敖等[21]用共焦拉曼光谱研究了苯在光滑铂电极表面的电化学还原行为，表明苯可直接还原生成环己烷。
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。
高密度储氢材料研究进展_陶占良
度快 , 在常温下就可进行。但其缺点是需要厚重的耐压 容器 , 并要消耗较大的氢气压缩功 , 存在氢气易泄漏和 容器爆破等不安全因素
[ 6]
。一个充气压力为 15 MPa 的
标准高压钢瓶储氢质量仅约占 110% ; 供太空用的钛瓶 储氢质量分数也仅为 5% 。可见 , 高压钢瓶储氢的能量 密度一般都比较低。 近年来开发的由碳纤维复合材料组成的新型轻质耐 压储氢容 器, 其储氢压力可 达 35~ 70 MPa 。耐压容 器 是由碳纤维、玻璃、陶瓷等组成的薄壁容器, 其储氢方 法简单, 成本低 , 储氢质量分数可达 5% ~ 10% , 而且 复合储氢容器不需要内部热交换装置。图 2给出了碳纤 维复合材料组成的储氢容器示意图
212 低温液态储氢 低温液态储氢具有较高的体积能量密度。常温、常 压下液氢的密度为气态氢的 845倍, 其体积能量密度比
图 1 主要储氢材料与 技术的储氢质 量分数和体积密 度 F ig 1 1 M ass fract ion and volu m etric den sity of so m e hydrogen storage m aterials and techno log ies
1 前
言
[1]
富、来源广泛、能量密度高、清洁的绿色能源及能源载 体, 也被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的重要 桥梁。在未来的能源体系中 , 氢能可以成为与电能并重 而互补的终端二次能源 , 渗透并服务于科技领域和社会 经济生活的各个方面 , 从而为国家的能源安全和环境保 护做出重要贡献。虽然氢能的研发目前尚未形成现实生 产力 , 但科技进步日新月异 , 已经使人们感受到新型能 源带来的希望
氢能的开发包括氢的制取、储存和利用等技术。当 氢作为一种燃料时 , 具有分散性和间歇性使用的特点, 因此必须解决储存和运输问题。近 10 年来, 氢燃料 电 池、氢燃料电池汽车及其相关领域的快速发展, 有效推 动了氢能技术的进步 , 但经济、安全、高效的氢储存技
陈军：“新科”院士的“电池”人生
龙源期刊网 陈军：“新科”院士的“电池”人生作者：马超王之康来源：《科学导报》2018年第16期1985年，陈军如愿考入南开大学化学系学习化学。
大学毕业报考研究生时需要選择研究方向，陈军选择了电池这个当时的“冷门”专业。
此后的20余年里，他对这一“冷门”充满兴趣，并投入了全部热情。
然而，陈军的科研道路并不是一帆风顺的。
2003年，陈军将研究的目光投入到二次电池能量密度最高的“金属空气电池”研究。
当时，他反复设计实验方案与环节，反复改进实验操作，可无论怎样努力都做不出预想结果。
正在陈军怀疑自己“是不是搞错了”的时候，2006年英国一个实验团队“抢了先”：该团队在“锂空气电池”研究方面率先取得突破并在国际顶尖杂志《美国化学会志》上发表了研究论文。
“该论文完全印证了我们的实验思路，但当时我们就是做不出来预想的结果。
我们也不知道问题出在了哪里。
”回忆起当时的心情，陈军用“既不服气，又不甘心”来形容。
在此后的艰辛探索中，陈军和他的团队终于发现了问题所在——“锂空气电池”实验过程中用到的惰性气体氩气保护的“手套箱”漏气，导致实验原材料遇到氧与水的氧化失效，从而总是不能作出预想结果。
这样的阴差阳错，让陈军错失在“锂空气电池”研究领域拔得头筹的良机，但他并未因此气馁放弃，在此后的日子中，不断充电、积聚能量，并释放出越来越强大的“电流”：带领团队在室温条件下研制出成本低廉、性能优良的“锌空气电池”，美国两院院士古迪纳夫评价为“室温合成的纳米尖晶石展现出优异氧还原和氧析出催化性能”；研发了高容量、高稳定性的金属氧化物电极材料，康奈尔大学材料化学家阿彻评价其材料“已成为下一代锂离子电池高能电极材料的研究范例”；构建出“新型钠/镁—硫化物”电池，该领域专家阪东教授认为“在低成本和稳定的钠离子电池应用中展现出光明的前景”……。
高容量储氢材料的研究进展
高容量储氢材料的研究进展近年来，随着氢能源的快速发展，高效的储氢材料成为研究的热点之一、高容量储氢材料能够实现更高的氢气贮存密度，从而提高氢气的存储效率和燃烧效能。
下面将在以下几个方面介绍高容量储氢材料的研究进展。
首先，金属有机骨架材料（MOFs）是目前研究的一类重要的高容量储氢材料。
MOFs由金属离子与有机配体组成，具有高度可调性和孔隙结构。
通过调整配体的选择和结构设计，MOFs可以具备稳定的氢气吸附能力。
例如，MOF-177是一种常用的MOF材料，其具有相对较高的氢气吸附容量。
其次，多孔碳材料也是一种优秀的高容量储氢材料。
多孔碳材料具有大量的毛细孔和孔隙结构，提供了良好的氢气吸附位置。
大量研究表明，通过控制碳材料的孔隙大小和表面化学性质，可以显著提高氢气的吸附容量。
例如，通过炭化天然富勒烯（C60）可以获得高度多孔的碳材料，其具有很高的氢气吸附能力。
此外，金属氢化物也是一种重要的高容量储氢材料。
金属氢化物可以通过吸附和反应的方式储氢，并且具有高度的稳定性。
然而，研究人员一直在努力提高金属氢化物的储氢容量和反应动力学。
近年来，通过合金化和纳米化处理等手段，金属氢化物的储氢性能得到了显著改善。
最后，新型的高容量储氢材料也在不断涌现。
例如，二维材料、过渡金属储氢化物和聚合物等材料都被发现具有潜在的储氢能力。
这些新型材料在储氢容量、吸附能力和稳定性方面都具有独特的优势，并在实验室中取得了一定的研究成果。
总的来说，高容量储氢材料的研究进展非常迅速。
通过对材料结构和组成的调整，可以显著提高储氢容量和吸附能力。
未来，研究人员将继续探索新型的高容量储氢材料，并致力于解决储氢过程中的各种挑战，为氢能源的应用提供更加可靠的储氢方案。
高容量储氢材料的研究进展_刘永锋
do i:10.3969/j.issn0253-9608.2011.01.004高容量储氢材料的研究进展*刘永锋¹李超º高明霞»潘洪革¼¹副研究员,º硕士研究生,»副教授,¼研究员,浙江大学硅材料国家重点实验室和材料系,杭州310027*国家高技术研究发展计划(2009A A05Z106);国家重点基础研究发展计划(2010CB631304)关键词储氢材料储氢标准储氢机理轻金属氢化物安全、高效、经济的氢储存技术是氢能大规模应用的关键。
相对于高压气态储氢和低温液化储氢,通过氢与材料间的相互作用形成固溶体或氢化物的固态氢储存由于其好的安全性和高的能量密度,被认为是最有发展前景的一种氢储存技术。
为了满足车载氢源系统重量储氢密度大于5%的要求,目前发展中的高容量储氢材料主要包括金属铝氢化物、硼氢化物、氮氢化物和氨基硼烷化合物。
作者简要综述了最近几年这些高容量储氢材料的研究进展,重点关注材料的储氢容量、吸放氢反应热力学、吸放氢反应动力学和吸放氢机理以及成分调变、催化改性和尺寸效应对材料储氢性能的影响。
1引言近年来,随着社会经济的快速发展,人类对能源的需求不断增加,导致化石燃料等不可再生能源日渐枯竭,能源危机日益严重。
另一方面,化石燃料的大量使用也加剧了环境污染,严重威胁人类的生存环境。
因此,为了实现人类社会的可持续发展,研究开发各种新型绿色可再生能源已经成为大家的共识,特别是在低碳和零碳经济发展的今天[1]。
氢由于其储量丰富、燃烧效率高、无污染,被誉为21世纪的绿色能源载体[2]。
然而,氢能的开发利用是一个有机的系统工程,主要涉及到氢的制备、储存、输运以及应用四大关键技术[3]。
氢大量存在于石油、天然气、煤炭等化石燃料以及水中。
目前氢气的制备主要通过化石燃料重整、电解水和工业副产氢等技术获得,未来太阳能制氢和生物质制氢等利用清洁可再生能源制氢技术将成为主流,特别是氢和水之间循环利用的实现,将成为氢取之不尽、用之不竭的来源[4]。
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展储氢材料是指能够安全、高效地储存氢气的材料。
储氢技术是氢能源的关键技术之一，能够实现氢能源的大规模应用。
目前，储氢材料的研究进展主要集中在氢吸附材料、化学储氢材料和物理储氢材料三个方面。
氢吸附材料是利用物理吸附的方式将氢气吸附储存于材料中。
常见的氢吸附材料包括金属有机骨架材料（MOFs）、大孔材料、以及碳基材料等。
MOFs是由有机配体和过渡金属离子组成的晶态多孔材料。
由于其具有高比表面积和可调节的孔径大小，使其成为理想的氢储存材料。
大孔材料如金属有机配合物和多孔晶体材料，具有较大的孔径和孔容，能够提供更高的氢吸附容量。
碳基材料具有优异的热稳定性和化学稳定性，是一类常见的功底途材料，如碳纳米管和活性炭等。
化学储氢材料是将氢气通过化学反应储存在材料中。
该类材料包括金属氢化物、金属化合物和有机化合物等。
金属氢化物具有高储氢密度和可逆的吸放氢性能，但其储氢温度较高，不利于应用。
为此，研究者针对金属氢化物进行了一系列的改性，如添加催化剂、改变晶体结构和尺度效应等，以提高其储氢性能。
金属化合物如过渡金属硼化物、过渡金属卡宾化物等也具有较高的储氢容量和反应活性。
有机化合物如酰胺、石蜡和脂肪酸等也被研究用作化学储氢材料，其具有储氢容量大、反应温度低等优点，但其稳定性较差，需要进行改性以提高其循环寿命。
物理储氢材料是利用吸附、吸气和共存（吸气和吸附的结合）三种方式将氢气储存于材料中。
常见的物理储氢材料主要有活性炭、多壁碳纳米管等。
活性炭是一种多孔材料，具有高比表面积和可调节的孔径大小，能够通过物理吸附将氢气吸附储存于其表面或孔道中。
多壁碳纳米管是一种碳基纳米材料，具有极小的孔径和大的比表面积，能够通过吸附、蓄存和自发释放的方式储存氢气。
总结来说，目前储氢材料的研究进展主要集中在氢吸附材料、化学储氢材料和物理储氢材料三个方面。
随着科学技术的不断发展，研究者们正在不断寻求新的储氢材料，以提高储氢容量、降低温度和压力等方面的要求，为氢能源的应用提供更多的选择和可能性。
氢储存材料研究新进展
氢储存材料研究新进展近年来，随着能源危机和环境污染日益严重，全球范围内探索并发展清洁能源已成为不可避免的趋势。
而氢能作为一种清洁能源，具有燃烧后只释放水、环境与健康无污染、能量密度高等特点，备受瞩目。
然而，氢能源的利用还存在很多技术难题，如氢的储存问题。
近年来，氢储存材料研究一直是氢能源领域的热门话题，新材料的不断研究和开发有望为氢能源的发展提供新的突破口。
一、氢的储存瓶颈氢气由于具有很强的弛豫作用，单纯地以高压的方式储存氢气并不是一种有效的方式。
而目前研究最多的氢储存材料有固态储氢材料(包括金属氢化物、高级别金属有机骨架材料、多酚类材料等)、C类结构材料和液态储氢材料等。
固态储氢材料具有能量密度高和安全性能好的优势，但它们的工作温度一般较低、重量较大，其中的过渡金属氢化物还存在极限储氢量低、循环稳定性差的问题。
C类结构材料(如淀粉)虽然具有比较好的储氢效果，但其储存量有限，放氢周期长。
液态储氢材料具有很高的储氢密度，但需要较低的温度和较高的氢气压力才能使氢在其内部被储存，造成使用上较为困难。
因此，如何研发低成本、高效、高稳定的氢储存材料，是氢能源发展面临的重要挑战。
二、新型氢储存材料研究进展为了解决固态储氢材料的问题，有学者开始尝试将过渡金属氢化物与有机框架材料同步利用，形成新型材料。
近日，美国加州理工学院Song Jin教授领导的团队，设计了新型的MgScNi-HH(Magnesium Scandium Nickel Hydrogen High-Entropy Hydride)固态氢存储材料，其储氢量相较现有的铁／铁系氢化物模型材料增加了28%，远高于商用的氢储存材料。
同时，经过多次放氢循环测试，这种材料仍能保持较高的储氢容量，具有较高的循环稳定性能。
、一种新型的醛化物材料，也备受关注。
美国劳伦斯伯克利国家实验室研究人员开发了一种新型多孔几何醛化物储氢材料，其比表面积达到了500平方米/克，储氢容量可达到7.5 wt%，这意味着每克材料可以储存接近一毫升液态氢，仅需低于驾驶席底下氢气储存量上限的三分之一的空间，同时循环稳定性好。
高容量储氢材料的研究进展
高 压 气态 储 氢 是 一种 最 普 通 和最 直 接 的储 氢 方式 ，
其 原 理 是将 氢 气 压缩 储 存 在 高 压 钢 瓶 中 ， 存 压 力 一 般 储 是 １ ～ １ ａ 高 压 气 态 储 氢 具 有 充 放 氢 速 度 快 、 ０ ５ ＭＰ 。 技
世 纪 的绿 色 能 源 载体 ２。然 而 ， 能 的 开 发 利 用 是 一 个 氢 有 机 的 系统 工 程 ， 主要 涉 及 到 氢 的制 备 、 存 、 运 以 及 储 输 应 用 四大 关 键 技 术 ＿ 。氢 大 量 存 在 于 石 油 、 然 气 、 ３ ］ 天 煤
～
泛 应用 于合 成 氨 、 甲醇 以及 石 油 炼 制 ， 电 子 、 金 、 在 冶 食
品加 工 、 法玻 璃 、 细化 工 合 成 、 空 航 天 等 领 域 也 有 浮 精 航 应 用 。 尤 其 是 随 着 燃 料 电 池 技 术 的 发 展 ， 氢 作 为 汽 车 用 动力 的来 源 越来 越 受 重视 ， 通 运 输 业 将 是 氢 能 的另 一 交 个 主要 应 用 领 域［ 。然 而 ， 是 所 有 元 素 中最 轻 的 ， 氢 在 常 温 常 压 下 为 气 态 ， 度 仅 为 ０ ０ ９９ ｋ ／ ， 水 的 万 密 ． ８ ｇ ｍ。 是 分之 一 ， 此 其 高 密度 储 存 一 直 是 一 个 世 界 级 难 题 。 目 因
氢 化 物 、 氢 化 物 、 氢 化 物 和 氨 基 硼 烷 化 合 物 。 作 者 简 要 综 述 了 最 近 几 年 这 些 高 容 量 储 氢 材 料 的 研 究 进 展 。 点 关 硼 氮 重 注 材料 的储 氢 容量 、 放 氢 反应 热 力 学 、 放 氢 反 应 动 力学 和 吸放 氢机 理 以及 成 分 调 变 、 化 改 性 和 尺 寸效 应 对 材 料 吸 吸 催
高容量储氢材料的研究进展
高容量储氢材料的研究进展
储氢技术是一种重要的能源存储和转换方式，可以在可再生能源产生过剩时存储能量，并在需要时释放。
高容量储氢材料是指能够以较高密度吸附或储存氢气的材料。
以下是一些关于高容量储氢材料的研究进展：
1. 金属有机框架（MOFs）：MOFs是一类由金属离子或簇引导有机配体组装而成的晶格材料。
一些MOFs具有高度可调节的孔隙结构和表面积，能够提供大量的吸附位点以吸附和存储氢气。
2. 碳纳米材料：碳纳米材料，如碳纳米管和石墨烯，具有很高的比表面积和孔隙结构，能够提供许多吸附位点用于储氢。
此外，通过功能化或调控结构，可以进一步增强其储氢性能。
3. 金属氢化物：金属氢化物是一种传统的储氢材料，具有高储氢容量。
近年来，研究人员通过合金化、纳米化和结构调控等手段改善金属氢化物的储氢性能，提高其反应动力学和循环稳定性。
4. 氮化硼（BN）：氮化硼是一种具有高度稳定性和独特结构的材料。
研究表明，氮化硼可以以物理吸附和化学吸附的方式高效吸附和储存氢气。
5. 金属有机骨架（MOBs）：金属有机骨架是一类由过渡金属离子与多种有机配体组装而成的晶格结构材料。
一些MOBs展示了良好的储氢性能，具有高表面积和调控孔隙结构的能力。
这些是仅仅涵盖了几个高容量储氢材料的研究进展。
研究人员正在不断探索和开发新的材料和方法来提高储氢容量、改善循环稳定性和降低成本。
高容量储氢材料的研究对于发展氢能源技术和实现清洁能源转型具有重要意义。
储氢材料第一性原理计算的研究进展
第 ９期
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
李 兰兰等 ： 储氢材料第一性原理计算 的研究进展
０Ｋ 的温度下 ， 拍 Ｂ Ｎ 纳米笼可以储存 ｌ 个 Ｈ 分子 ， ８ ： 储氢量质量分数达 ４ ； ％ 而在室温下 ， － ＢＮ纳米笼不 能储存大量的氢 ， 表明了 ＢＮ纳米笼不适于用作储氢材料 。 Ｍ 纳米薄膜的计算模拟则表明 ， － 对 ｇ 在纳米
发 中的研 究现 状 。
１ 研 究 进展
１ １ 纳 米结构储 氢材料 的模 拟 ． 纳米 结构 在储 氢方 面表 现 出了额 外 的优 势 ， 具有 空 间维度 的材料 ， 当其结构 至 少一维 达 到纳米范 畴
的尺寸时 ， 常表 现 出特殊 的 电子 结构 和物 理 化 学性 质 。此外 ， 米 结 构还 具 有 高 比表 面 、 稳定 性 和 通 纳 高 多孔 性等 诸 多的优 点 ， 利 于氢在 表 面和体 相 的扩散 】 有 。当纳 米结构 用作 储氢 材料 时 ， 现 出优 良的吸 表
放氢动力学和热力学性能。 第一性原理计算研究纳米结构储氢材料 ， 不仅能预测材料潜在的储氢性能 ， 更 重要 的是从 电子和 原子 的角度 给 出纳米 尺寸 对储 氢性 能 的影 响 以及氢 化过 程 中材 料性 能 的 变化 。目 前， 第一 性原 理计 算模 拟 的储氢 纳米 结构 主要 有纳米 颗粒 、 纳米 管 、 纳米线 、 米笼 以及 纳米 薄膜 等。 纳
【材料】汇总 近年南开陈军科研成果
【材料】汇总近年南开陈军科研成果汇总：近年南开教授的科研成果人物简介：，无机化学家，1967 年 9 月生于安徽省宿松县，1988 年 12月参加中国， 1985-1992 年在南开大学化学系学习，先后获学士、硕士学位，并于 1992 年留校工作；1996-1999 年在澳大利亚Wollongong 大学材料系学习，获学位；1999-xx年在工业技术院大阪工业技术研究所任新能源产业技术综合机构(NEDO)研究员。
自 xx 年任南开大学教授、生导师，xx 年中选中国科学院院士，现任南开大学化学学院院长、先进能源材料化学重点实验室主任。
xx 年获国家杰出青年基金资助，xx 年受聘“奖励方案”特聘教授，xx 年受聘科技部 973 纳米首席，xx年获国家自然科学二等奖，xx 年入选中组部万人方案科技创新领军人才、获中国电化学奉献奖，xx 年被选为英国皇家化学会会士（FRSC），xx 年入选天津市首批杰出人才。
目前担任?Inorganic Chemistry Frontiers?、?Scien China Materials?、?应用化学?副主编，?Solid State Scien s?、?Nano Research?、?ACS Eenergy Letters ?、?ACS Sustainable Chemistry & Engineering?、? Journal of Energy Chemistry ?、?化学学报?等编委。
主要从事无机固体化学的研究。
在无机固体功能材料的合成化学、固体电极制备以及新型电池电极材料研究方面做出了重要创新性奉献。
提出了“室温-氧化复原-转晶”新合成方法，室温合成出稳定的导电纳米尖晶石 CoMn2O4，替代了贵金属铂电极，应用于可充电金属锂、锌空气电池。
提出电极微纳化可改善多电子电极反响活性和结构稳定性的设想，经大量实验制备了可充锂、钠、镁电池的微纳多级结构电极，提高了电池的平安性，为降低电池电极材料本钱及解决电池燃烧提供了新思路。
储氢材料第一性原理计算的研究进展
储氢材料第一性原理计算的研究进展
李兰兰;程方益;陶占良;陈军
【期刊名称】《应用化学》
【年(卷),期】2010(027)009
【摘要】综述了第一性原理计算在储氢材料研究中取得的成果和最新的进展. 第一性原理计算在储氢材料研究中的应用主要有以下4个方面: 1)研究纳米结构的储氢性能;2) 研究储氢材料中掺杂和缺陷的作用及对储氢性能的影响;3)研究储氢机理;4)确定氢化物的几何结构以及预测新型储氢材料. 同时展望了第一性原理计算在储氢领域中的应用前景.
【总页数】6页(P998-1003)
【作者】李兰兰;程方益;陶占良;陈军
【作者单位】南开大学新能源材料化学研究所,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津,300071;南开大学新能源材料化学研究所,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津,300071;南开大学新能源材料化学研究所,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津,300071;南开大学新能源材料化学研究所,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津,300071
【正文语种】中文
【中图分类】O641
【相关文献】
1.镧基储氢材料氢化物LaNi5Hx的第一性原理 [J], 张传瑜;高涛;齐新华;陈东;张云光;朱正和;陈波
2.Pd4四面体掺杂石墨烯储氢的第一性原理计算 [J], 刘亚丽;史长城;
3.以车载储氢为目标的储氢材料研究进展 [J], 王平
4.以车载储氢为目标的储氢材料研究进展 [J], 王平
5.高压复合储氢罐用储氢材料的研究进展 [J], 周超;王辉;欧阳柳章;朱敏
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lightweightelements
Hydrides
NH3 BH3 LiBH4 NaBH
4
KBH4 Mg(BH4 )2 Al(BH4 )3 Ca(BH4)2 Ti(BH4)3 Zr(BH4)4
论储氢容量均达到 5%以上 (表 1), 为固态储氢材料与 技术的突破带 来了希 望 。 1997 年 , Zalaski等[ 5] 报道 了 Mg基储氢合金中引入纳米结构和催化相可显著提高其 动力学性能 , 从而引发了人们对轻质储氢合金的广泛兴 趣 。 同年 , Bogdanovic等[ 6] 采用 Ti(OBun)4 作为催化剂 实现了 NaAlH4 在中温范围内 (100 ～ 200 ℃)的可逆吸 / 放氢反应 , 其理论可逆储氢容量达 5.6%。 由此将储氢 材料研究拓展到铝氢化物和硼氢化物等这一类极具应用 潜力的高容量配位氢化物储氢材料 。另外 , Dillon等 [ 7]
Abstract:Hydrogenenergyisakindofidealsecondaryenergy.Thefollowingthreeproblemsneedtobesolvedinthe
developmentandapplicationofhydrogenenergy, i.e.production, storageandutilizationofhydrogen.Atthepresent stage, large-scalestorageandtransportationofhydrogenisthebottleneckofhydrogenenergyapplication.Hydrogenstoragemethodsincludehigh-pressuregaseousstorage, low-temperatureliquidstorageandsolid-statestorage.Amongthese threemethods, thesolid-statehydrogenstoragecanstorehydrogeninsolid-statematerialsthroughchemicalreactionsor physicaladsorption, andthismethodisconsideredasthemostpromisingwayofhydrogenstoragebecauseofitshighenergy densityandsafety.High-capacityandlight-weighthydrogenstoragematerialsconsistingoflightelements, suchasboron hydrides, aluminumhydrides, amidohydrides, andetc., exhibithightheoreticalhydrogenstoragecapacityofmorethan 5% (massfraction), whichbringsahopeforthebreakthroughofsolid-statehydrogenstoragematerialsandtechnologies. Thefutureresearchofnovelhydrogenstoragematerialswillfocusonthehigh-densityhydrogenstorage, close-to-roomtemperatureoperation, controllablestorage/releaseofhydrogen, andlong-lifelightweightmetal-basedhydridesandsystems.
由轻元素 组成的 轻质高容 量储氢 材料 , 如 硼氢化 物 、 铝氢化物 、 氨基氢化物和金属有机框架材料等 , 理
图 1 主要储氢材料 与技术的质量 储氢密度和体积 储氢密度 Fig.1 Massandvolumedensityofsomehydrogenstoragematerials
andtechnologies
朱 敏教授
摘 要 :氢能是 一种理想的二次 能源 。 氢能开发 和利用需要解 决氢的制取 、 储 存和利用 3个 问题 , 而氢的规模储 运是现阶段氢能 应用的瓶颈 。 氢的储存方法有 高压气态储存 、 低温液态储存 和固态储 存等 3 种 。 固态 储氢材料储氢是 通过化学反应或 物理吸附将氢 气储存于固态材 料中 , 其能量 密度高 且安全性好 , 被认为是最有 发展前景的一种 氢气储存 方式 。 由轻元 素构成 的轻质 高容量 储氢 材料 , 如硼氢化物 、 铝氢化物 、 氨基 氢化物等 , 理 论储氢容量均达 到 5%(质量分数 )以 上 , 这为固 态储氢 材料与技术 的突破带来了希 望 。 新型储氢材 料未来研 究的 重点将 集中于 高储氢 容量 、 近 室温 操作 、 可控吸 /放氢 、 长寿命的轻金 属基氢化物材料 与体系 。 关键词 :储氢材 料 ;轻金属氢化 物材料与体系 ;高储氢容量 ;氢能 中图分类号:TQ122.3;TK91 文献标识码:A 文章编号:1674-3962(2009)05-0002 -09
第
28卷 第 5期 2009年 5月
特 约专栏
中 国材料 进展
MATERIALSCHINA
Vol.28 No.5 May.2009
高容量储氢材料的研究进展
陈 军 1 , 朱 敏 2
(1.南开大 学化学学 院 , 天津 300071) (2.华南理 工大学材料 科学与工 程学院 , 广东 广州 510640)
ProgressinResearchofHydrogen StorageMaterialswithHighCapacity
CHENJun1 , ZHUMin2
(1.CollegeofChemistry, NankaiUniversity, Tianjin300071, China) (2.SchoolofMaterialScienceandEngineering, SouthChinaUniversityofTechnology, Guangzhou510640, China)
Li2 NH+H2 , 250 ℃), 激起了国际上对新型金属氮氢 化物储氢 材料 的 研 究 热潮 。 最 近 , 陈萍 等 [ 10] 在对 以 NH3 BH3 为代表的高容量氨基硼烷化合物储氢材料的研 究中又取得令人鼓舞的研究结果 , 进一步拓展了新型高 容量储氢材料体系 。
Keywords:hydrogenstoragematerials;lightweightmetalhydridesandsystems;hydrogenstoragewithhighcapacity;
hydrogenenergy
前 言
氢是一种 洁净高 效的能源 载体 。 氢既可从 化石资 源 , 也可从核能与可再生能源等多种一次能源制取 , 有 利于我国能源多元化战略的实现 ;在氢燃料的生产中便
收稿 日期 : 2009 -05 -08 基金 项目 :国家自 然科学基金资助 项目 (5063 1020) 通信 作者 :朱 敏 , 男 , 19 62年生 , 博士 , 教授
于实现 CO2 的集中处理 , 在使用中通过燃料电池可高效 地将氢转化为电和热 , 同时可实现近零排放 。 氢能被认 为是连接化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁 , 实现 能源可持续供给和循环的重要能源载体之一 。 在未来的 能源体系中 , 氢能可以成为与电能并重而互补的终端能 源 , 渗透并服务于社会经济生活的各个方面 , 从而为国 家的能源安全和环境保护做出重要贡献 。
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中国材料进展
第 28卷
首次报道了碳纳米管的储氢性质 , 这一重大发现推动了 以物理吸附为机制的碳材料 、 介孔材料等储氢材料的研 究 。随 后 , Yaghi等 [ 8] 报 道 了 一 种 金 属 有 机 物 框 架 (MOF)材 料 Zn4 O(BDC)3 的 78 K低 温 储 氢 量 达 到 4.5%(质量分数 ), 进一步推动了物理吸附储氢材料的 发展 。 2002年 , 陈萍等 [ 9] 首次报道了金属氨基物 Li-NH的可逆吸 /放氢质量储氢密度达到 6.5%(LiNH2 +LiH
储氢材 料的 研究 始于 上 世纪 60 年 代末 , 由 美国 Brookhaven国家实验室和荷兰 Philips公司分别报道发现 Mg2 Ni和 LaNi5 可吸收大量的氢 , 并伴随产生很大的热 效应 , 这种特性使之有可能应用于储氢 、 热泵 、 氢分离 等技术领域 , 引起了学术界和工业界的广泛兴趣 , 并很 快在上述领域得到成功应用 [ 2] 。尤其是上世纪 80 年代 , 储氢合金在镍 -金属氢化物 (Ni-MH)可充电池技术上 的成功应 用 , 在全 球范围 掀起了储氢材料的研究热潮 。 我国政府也及时对这一领域给予大力支持 , 通过 20余年的 共同努力 , 我国的储氢电极材料及其相关产业得到快速发 展 。 2007年我国储氢电极材料年产量近万吨 , 位居世界 前列 。
氢能的规模化应用必须解决氢的制取 、 储运和应用 三大相关技术 。 由于氢气存在易燃 、 易爆 、 易扩散 , 以
第 5期
陈 军等 :高容量储氢材料的研究进展
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及常温常压条件下的体积能量密度低 (只有汽油的三千 分之一 )等问题 , 储氢技术已成为制约氢能发展的瓶颈 。 因此 , 发展高能量密度 、 高效率和安全的氢储运技术是 必须解决的关键技术问题 。储氢方法有高压气态储存 、 低温液态储存和固态储存等 3种 。其中 , 高压气态储氢 在技术上 相对成熟 , 工 业界制定 了耐受 70 MPa压力 、 质量储氢密度为 6%的预期目标 , 但高压气态储氢存在 安全问题 , 且压缩过程的能耗较大 。 低温液态储氢的体 积能量密度高 , 但液化过程所需的能耗约是储存氢气热 值的 50%, 且自挥发 问题难以 避免 ;另外 , 这 种方法 的绝热系统技术复杂 、 成本高 。 固态储氢材料储氢是通 过化学反应或物理吸附将氢气储存于固态材料中 , 其能 量密度高且安全性好 , 被认为是最有发展前景的一种氢 气储存方式 [ 1] 。