贮氢合金

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某些金属氢化物的储氢能力
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近年来，人们正大力发展金属氢化物作为 氢能贮存转换材料
这种金属相当于贮 氢的容器，故称作 贮氢金属或贮氢合 金。
剂，作为氢的载体，储氢量达7%左右
不足：
①需要催化剂配合，催化剂易失活，低温转 化率低
②载体有一定的毒性
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(6) 金属（合金）储氢
原理： 金属或合金与氢反应后以形成氢化物的方式 吸氢，生成的氢化物加热后放出氢气。
储氢密度可达标准状态下氢气的1000倍，
与液氢相同甚至超过液氢
贮氢合金
Hydrogen Storge Alloys
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参考书目
《贮氢材料》
胡子龙编著
化学工业出版社 2002
《功能材料及其应用》
张骥华编著
机械工业出版社 2009
《新型功能材料》
贡长生, 张克立主编 化学工业出版社 2001
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第一章 氢能及贮氢材料
1psi=6.895kPa
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缺点：
需要厚重的耐压容器 消耗很多的氢气压缩功 氢气只占容器质量的1~2% 不安全
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(3) 玻璃微球储氢
原理：
中空的玻璃微球 直径25~500μm之间，壁厚1μm 高压（10~200MPa） 温度200~300℃
氢是最清洁的能源之一
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氢的燃烧值高
除核燃料以外，所有其它类型（化石、化工、 生物）的燃料中燃烧值最高的
1.21~1.43×105kJ.Kg-1H2
汽油发热值的3倍，焦炭的4.5倍
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氢的燃烧性能好，点燃快，与空气混 合时有广泛的可燃范围，燃烧速度快
➢氢能概况 ➢贮氢材料的发展及分类
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1 发展背景 能源危机 化石能源的有限性与人类需求的无限性
石油、煤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生态灾难
温室效应、酸雨等
人类的出路？
新能源的研究势在必行
原子能 太阳能 地热能 风能 氢能 氢能 洁净、无污染、发热值高、取之不尽用之不竭的二次能源
发现于1960S，自 1970S开始得到快
速发展
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金属贮氢特点
① 贮氢量为标准状态氢气的1000 倍
② 分解压较低，无需耐高压钢瓶
③ 同气体、液氢贮存相比，所需重 量及体积小 高压钢瓶 15MPa 氢气重量不 到钢瓶重量的1%，
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2 氢能的特点
氢是宇宙中分布最广的元素
宇宙质量的3/4 地壳中占0.76wt% 如果海水中的氢全部提取，产生的总热 量是地球上所有化石燃料燃烧放出热量 的9000多倍
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氢本身无毒
氢燃烧产物：水、少量氮化氢 矿物燃料：大量烟尘、一氧化碳、二氧化碳、 碳氢化合物，对环境有害
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能源危机
太阳能、地热、风能及海水 温差等，转化为二次能源
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氢是一种非常重要的二次能源
资源丰富 发热值高 燃烧产物无污染 ☺ 关键：贮存和运输要做到安全、效率高 钢瓶贮氢
当前常用，危险、贮氢量小、使用不方便 液态氢
密度高，液化温度-253℃， 需绝热保护 如：大型运载火箭，液氢为燃料，液氧为氧化 剂，存贮装置占去火箭一半以上空间
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3 氢的储存
主要储存方法
液化贮氢 高压储存氢气 玻璃微球储氢 吸附储氢 有机液体储氢 金属（合金）储氢
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(1) 液化储氢
原理：氢气压缩、深冷至21K以下，转变为液态， 储存在特制的绝热真空容器中。
优点：密度为气态氢的845倍，体积能量密度比 气体高好几倍。适于空间有限的场合。 火箭发动机、汽车、航天飞机
在所有的气体中，导热性最好，比大 多数气体的导热系数高出10倍，在能 源工业中是极好的传热载体
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用途广泛 发动机燃料、化工原料、燃料电池燃料等
代替煤和石油，无需对现有技术装备进行重 大改造，如内燃机稍加改装即可
氢可以气态、液态或固态金属氢化物存在， 能适应储运及各种应用环境的不同要求
从质量和体积角度考虑 理想的储氢方式
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缺点：
液化消耗大量的冷却能量
1Kg氢约耗电4~10kW.h
使用特殊容器，严格绝热才能保证安全
除用于火箭等特殊场合，不经济
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(2) 高压储存氢气 高压气瓶 15MPa 传统的储存气体方式
氢气扩散进入球内 等压冷却 扩散性下降 加热 释放
常温下存量可达15~42%（质量）
技术关键：制备高强度的空心玻璃微球、合适的 加热方式保证安全释放
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(4) 吸附储氢
分子筛、活性碳、碳纤维、纳米碳管等
活性碳 吸氢量和压力量有关 温度越低，压力越高，储氢量越大 77K时，吸氢量达5.3%（质量） 不足：低温时，氢的留存量大，须真空加热活化
可作储能介质，经济有效地输送能源
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氢能的开发和利用引起了人们极大的兴趣 20世纪90年代起
美、日、德等 氢能研究与发展计划 短期目标：氢燃料电池汽车的商业化
长期目标：代替日益枯竭的化石燃料，同电 力一起成为未来能源体系的两大支柱
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纳米碳管 最近几年才发展起来，储氢量远大于其它 吸附材料，高达9.9%（质量） 吸附速度快（数小时内完成），在室温下 进行；解吸速度快（数分钟内完成），直 接获得氢气，使用方便
不足：价格高
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(5) 有机液体储氢
苯、甲苯、甲基环己烷、萘等借助合适催化