储氢能源材料的应用

储氢材料的应用

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。未来储氢材料的应用领域十分广阔。在燃料电池、氢气汽车等领域的更引起人们的广泛关注。

1.高性能充电电池一镍氢电池

稀土储氢电池是一种新型的化学电源( N i ／MH) ，也被称为镍氢充电电池，它具有比容量高、可快速充电、无记忆效应、无污染、寿命长等显著优点，是充电电池( 又称二次电池) 家族中引人注目的新秀。 1 9 8 3年出现的Ni ／MH二次电池，这是一种以氧化镍( 或多孔金属镍) 为正极，以L a Ni 5型储氢合金为负极，用KOH作电解液的二次电池。L a N i 5在碱液中作为一种可逆的氢电极，通过电化学反应大量的吸收和解吸氢气，由金属氢化物负极与镍正极构成的二次电池已实现充、放电，反应过程中不发生活性物质的沉淀和溶解，从而也不消耗和产生水。

储氢合金是 2 O世纪6 O年代末发现的一类具有高储氢密度的功能材料，已广泛应用于各行业。由于对高性价比二次能源的需求日益紧迫，开发新一代高性能储氢电极材料已势在必行。碳纳米管( C NT) 是继C6 0之后该系列的又一储氢材料，由于其具有高的表面比、低密度和独特的中空结构，碳纳米管作为储氢载体引起了全球广泛关注。

近年来，我国汽车拥有量的猛涨，汽油消费强劲。2009中国汽车产销超过1350万辆，中国开始成为第一汽车大国。2012年中国的汽车产销量均超过1900万辆，继续保持世界第一。我国2012年末全国民用汽车保有量达到12089万辆，其上涨空间还很大。

2.氢气汽车

汽油的消耗主体是汽车。中国每天大约消耗540万桶石油。其中汽油占26%，中等提炼油（包括柴油，喷气机燃料和煤油）占33%，燃料石油占12%。然而，我国的油气资源储量和产量明显不足。尤其是石油资源，2010年，我国共消耗石油4亿多吨，其中，进口2.1亿吨，对外依存度已超过50%，能源形势非常严峻。与此同时，我国多地区出现雾霾天气，汽车尾气排放被认为是造成这一恶劣

天气的元凶之一。

这些都迫切需要我们改善我们的能源结构，减少对石油的依赖。而氢气以其热值高，燃烧后是水无污染，来源广泛等优点越来越引起人们的注意。因此，人们希望研究出以氢气为燃料的汽车。但是氢能源在汽车上的应用面临一个严重的问题，即贮存问题。由于氢原子是所有原子中原子半径最小的，致使氢原子可能从贮存材质的原子间隙或缺陷逸出，现在一般都用一种钢制的耐高压容器——氢气瓶来贮存氢气。瓶里的氢气即使加到150个大气压，所装氢气的重量也不到气瓶重量的1／100，而且还有爆炸的危险。

显然，这种贮存方法对于在工业上和生活上大量使用氢气是不合适的。现在发现有些金属具有捕捉氢的能力，这类金属叫做贮氢金属。它们在一定的温度和比平衡分解压高的压力下能够大量吸收氢气，一个金属原子可以与两三个乃至更多个氢原子结合，形成金属氢化物。以后，当我们把这种金属氢化物加热时，它又会发生分解而放出氢气。从理论上讲，相当于氢气瓶重量1／3的某些金属，就能“吸收”与氢气瓶贮氢容量相当的氢气，而它的体积却不到氢气瓶体积的1/10。这使氢气汽车的实现成为了可能。

氢气汽车不论在科研领域还是在汽车市场上都是一个新兴的热点。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进行大的改装，因此氢能汽车具有广阔的应用前景。推广氢能汽车需要解决三个技术问题：大量制取廉价氢气的方法，传统的电解方法价格昂贵，且耗费其他资源，无法推广；解决氢气的安全储运问题；解决汽车所需的高性能、廉价的氢供给系统。目前随着储氢材料的研究进展，可以为氢能汽车开辟全新的途径。

目前氢气汽车分为两种，氢内燃车(HICEV)是以内燃机燃烧氢气及空气中的氧产生动力，推动的汽车。常见的供给系统有三种，气管定时喷射式、低压缸内喷射式和高压缸内喷射式。而氢燃料电池车(Fuel cell vehicle-FCEV)是使氢或含氢物质及空气中的氧通过燃料电池以产生电力，再以电力推动电动机，由电动机推动车辆。氢燃料电池更高效，减小了氢气损失和热量散失。

氢气燃料汽车的研究不断取得新进展，高速车辆、巴士、潜水艇和火箭已经在不同形式使用氢。2013年3月7日，韩国现代汽车将17辆途胜ix氢燃料电池车装载到货轮上，其中15辆运往丹麦，2辆运向瑞典，这些车辆将于4月正式交

付使用。途胜ix氢燃料电池车搭载现代汽车单独开发的燃料电池系统和储氢系统。一次充电，可行驶594公里。

3.总结

今后，不但汽车中会使用储氢材料，大量使用燃料电池飞机、舰艇、宇宙飞船等运载工具也将使用储氢材料。因为镍镉电池（Ni－Cd）中的镉有毒，使废电池处理复杂，环境受到污染。镍氢电池与镍镉电池相比，具有容量大、安全无毒和使用寿命长等优点。发展用储氢合金制造的镍氢电池（Ni－MH），也是未来储氢材料应用的另一个重要领域。