储氢原理

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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
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Seminar I
2.1 体积比较
Fuel Cell R&D Center
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Seminar I
2.2 氢含量比较
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Hydrogen storage capacity (wt%)
0
1
2
3
4
5
LaNi H 56
TiFeH 1.9
1.4wt%
per weight
1.8wt%
Mg NiH
2
4
3.6wt%
Carbon nanotube (RT,10MPa 氢压)
4.2wt%
?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！！！
?人类的出路何在？－新能源研究势在必行！！！
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Seminar I
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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
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Seminar I
镁系
Fuel Cell R&D Center
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
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?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
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Seminar I
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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
实际使用时需对合金进行表面改性处理
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Seminar I
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PCT curves of TiFe alloy
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TiFe(40 ℃)
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Seminar I
TiFe alloy
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Characteristics:
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Hydrogen on Octahedral Sites
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Seminar I
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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
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Seminar I
稀土镧镍系储氢合金
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? 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
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Seminar I
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PCT curves of LaNi 5 alloy
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钛铁系
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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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Seminar I
钛/锆系
Fuel Cell R&D Center
? 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
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Seminar I
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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℃ ，
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
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Seminar I
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Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Seminar I
一、绪言
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氢－二十一世纪 的绿色能源
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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）
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Hydrogen storage capacity (wt%)
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
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
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
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(H 2)/m3 DOE : >6.5%, > 62kg(H2)/m3
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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
液化储氢：
1) 能耗高 2) 对储罐绝热性能要求高
? 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
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