最新储氢材料简介
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过$200。
一、能源现状
石油储量分布不均
~60%
＜5%
一、能源现状
世界能源消耗不均
1990 -2020 (Quadrillion Btu)
地区/国家
1990
1997
美国
84.0
94.2
西欧
59.9
64.0
日本
18.1
21.3
中国
27.0
36.7
前苏联
61.0Fra Baidu bibliotek
40.8
总量
346.7 379.9
2020 120.9 78.4 25.4 97.3 57.3 607.7
氢化物箱 燃料电池 有机液
玻璃微球
贮槽
发动机
家庭民用
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
(a) 高压储氢（气态储氢）
优点：简单，常用。 缺点：体积能量密度低；
对容器耐压性能高； 不安全；
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
(b) 液态储氢
优点：体积能量密度高； 缺点：液化耗能(4~10kw·h/kg)；
蒸发损失； 对储槽绝热材料的要求高。
二、储氢材料的简介
(3) 氢是地球上最丰富的元素之一。当然，以分子氢形式存在的H仅 占总量的不到1%，绝大部分是结合在水和烃类中。要实现氢能源的 大规模普及，首先要解决氢气的制取问题，而制取氢气是要消耗化 学能的。目前工业上主要以煤或天然气为原料制取氢气，全球产量 达每年5×1010kg，但以化石燃料制取新能源显然有违我们的初衷， 这与燃烧化石燃料无异。最清洁的氢气制取方法是在催化剂（如 TiO2）存在下利用太阳能使水光解：
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
(c) 固态储氢
• 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
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
体积比较：
二、储氢材料的简介
Three mainly different ways that hydrogen can be adsorbed on a material chemisorption
一、能源现状
化石燃料的优点与缺点
化石燃料
优点： 浓缩能源； 易储存； 易运输。
缺点： 不可再生资源； 破坏环境 ； 军事冲突。
一、能源现状
石油——不可再生资源
• ~80%能量来源为化石燃料 • 《环境科学技术期刊》—— 化石燃料可能在2050年就会枯竭。可再
生能源到2140年才能在全世界广泛应用 。 • 国际能源署(IEA) —— 石油价格在2015年超过每桶$100，2035年超
二、储氢材料的简介
氢能系统
目前的一些储氢方法
能源 化石能源 太阳能 原子能
风能 海洋能 地热能
制氢原料 制氢方法
煤 石油 天然气
蒸汽转化法 部分氧化法 煤气化法
电解法 水
热化学循环
生物质
汽化
副产氢
微生物法
储氢系统
输送系统 氢的利用
化学工业
压缩
冷冻
车辆 冶金工业
加压 氢 精制
氢化物 碳材
船舶 管道
电子工业 航空航天
二、储氢材料的简介
(4) 氢的燃烧能以高效和可控的方式进行。 目前液氢已用作火箭燃料；液氢、液氨或储氢合金贮存的氢气已用
作汽车燃料。但由于氢的生产成本高于化石燃料，推广使用尚有困难。
二、储氢材料的简介
氢能源-----国际对比
二、储氢材料的简介
氢能的使用
制备
关键环节
储存
能量转化
存在的困难
二、储氢材料的简介
physisorption
quasimolecular bonding
二、储氢材料的简介
储氢材料的分类---in terms of the strength of hydrogen bonding
(1) 物理吸附储氢，sorbent materials where hydrogen is physisorbed and weakly bound to the substrate;
储氢方式——对储氢材料要求
➢ 可逆性好 ➢ 适应燃料电池的工作条件 ➢ 储氢量大
the Department of Energy‘s storage system提出的目标： 1、 gravimetric and volumetric densities of 7.5 wt % and 70 g/L； 2、an operating temperature between -40 and 85℃； 3、 a minimum delivery pressure of 12 bar ； 4、 a fueling time less than 3 min 。
(2)复合氢化物储氢，complex hydrides where hydrogen is held in strong covalent bonds; these consist of light metal hydrides and chemical hydrides;
储氢材料简介
一、能源现状
化石燃料的发展史
煤
石油
18世纪末，工 业革命开始， 煤被广泛地用 作工业燃料。
1859年美国宾夕法尼亚 用钻井方法打出世界第 一口油井。石油取代煤 炭成为世界主要能源， 被称为“黑金”、“工 业的血液”、经济增长 的“发动机”、“发光 的水”、“魔鬼的汗 珠”。
天然 气
1925，美国铺 设第一条天然 气长输管道— —现代工业利 用的标志。
一、能源现状
• 节能技术迫在眉睫
• 发展新能源势在必行
新能源——太阳能、风能、核能、地热能、海洋能、生物能、氢能 等。
二、储氢材料的简介
氢能
氢能——利用氢燃烧时放出的热量作为能源。 氢能优势：
(1) 氢具有很高的燃烧值；
单位质量的氢气所含的化学能（142MJ/kg）至少是其他化学燃料 的三倍（例如，等质量的液体碳氢化合物是47MJ/kg）。 (2) 氢在氧气中燃烧只产生水，预计不会对环境产生负面影响，是一种 绿色的能源。
这种方法真正实现了能量的持续转化（化学能直接来自太阳能）和 物质的循环利用，且没有污染，是未来大规模产氢的理想途径。
二、储氢材料的简介
Figure 1 shows an ideal hydrogen cycle. where hydrogen is produced by splitting water through electrolysis with solar energy, storing it reversibly in a solid, and using it on demand in a fuel cell to produce energy.
一、能源现状
石油储量分布不均
~60%
＜5%
一、能源现状
世界能源消耗不均
1990 -2020 (Quadrillion Btu)
地区/国家
1990
1997
美国
84.0
94.2
西欧
59.9
64.0
日本
18.1
21.3
中国
27.0
36.7
前苏联
61.0Fra Baidu bibliotek
40.8
总量
346.7 379.9
2020 120.9 78.4 25.4 97.3 57.3 607.7
氢化物箱 燃料电池 有机液
玻璃微球
贮槽
发动机
家庭民用
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
(a) 高压储氢（气态储氢）
优点：简单，常用。 缺点：体积能量密度低；
对容器耐压性能高； 不安全；
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
(b) 液态储氢
优点：体积能量密度高； 缺点：液化耗能(4~10kw·h/kg)；
蒸发损失； 对储槽绝热材料的要求高。
二、储氢材料的简介
(3) 氢是地球上最丰富的元素之一。当然，以分子氢形式存在的H仅 占总量的不到1%，绝大部分是结合在水和烃类中。要实现氢能源的 大规模普及，首先要解决氢气的制取问题，而制取氢气是要消耗化 学能的。目前工业上主要以煤或天然气为原料制取氢气，全球产量 达每年5×1010kg，但以化石燃料制取新能源显然有违我们的初衷， 这与燃烧化石燃料无异。最清洁的氢气制取方法是在催化剂（如 TiO2）存在下利用太阳能使水光解：
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
(c) 固态储氢
• 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
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
体积比较：
二、储氢材料的简介
Three mainly different ways that hydrogen can be adsorbed on a material chemisorption
一、能源现状
化石燃料的优点与缺点
化石燃料
优点： 浓缩能源； 易储存； 易运输。
缺点： 不可再生资源； 破坏环境 ； 军事冲突。
一、能源现状
石油——不可再生资源
• ~80%能量来源为化石燃料 • 《环境科学技术期刊》—— 化石燃料可能在2050年就会枯竭。可再
生能源到2140年才能在全世界广泛应用 。 • 国际能源署(IEA) —— 石油价格在2015年超过每桶$100，2035年超
二、储氢材料的简介
氢能系统
目前的一些储氢方法
能源 化石能源 太阳能 原子能
风能 海洋能 地热能
制氢原料 制氢方法
煤 石油 天然气
蒸汽转化法 部分氧化法 煤气化法
电解法 水
热化学循环
生物质
汽化
副产氢
微生物法
储氢系统
输送系统 氢的利用
化学工业
压缩
冷冻
车辆 冶金工业
加压 氢 精制
氢化物 碳材
船舶 管道
电子工业 航空航天
二、储氢材料的简介
(4) 氢的燃烧能以高效和可控的方式进行。 目前液氢已用作火箭燃料；液氢、液氨或储氢合金贮存的氢气已用
作汽车燃料。但由于氢的生产成本高于化石燃料，推广使用尚有困难。
二、储氢材料的简介
氢能源-----国际对比
二、储氢材料的简介
氢能的使用
制备
关键环节
储存
能量转化
存在的困难
二、储氢材料的简介
physisorption
quasimolecular bonding
二、储氢材料的简介
储氢材料的分类---in terms of the strength of hydrogen bonding
(1) 物理吸附储氢，sorbent materials where hydrogen is physisorbed and weakly bound to the substrate;
储氢方式——对储氢材料要求
➢ 可逆性好 ➢ 适应燃料电池的工作条件 ➢ 储氢量大
the Department of Energy‘s storage system提出的目标： 1、 gravimetric and volumetric densities of 7.5 wt % and 70 g/L； 2、an operating temperature between -40 and 85℃； 3、 a minimum delivery pressure of 12 bar ； 4、 a fueling time less than 3 min 。
(2)复合氢化物储氢，complex hydrides where hydrogen is held in strong covalent bonds; these consist of light metal hydrides and chemical hydrides;
储氢材料简介
一、能源现状
化石燃料的发展史
煤
石油
18世纪末，工 业革命开始， 煤被广泛地用 作工业燃料。
1859年美国宾夕法尼亚 用钻井方法打出世界第 一口油井。石油取代煤 炭成为世界主要能源， 被称为“黑金”、“工 业的血液”、经济增长 的“发动机”、“发光 的水”、“魔鬼的汗 珠”。
天然 气
1925，美国铺 设第一条天然 气长输管道— —现代工业利 用的标志。
一、能源现状
• 节能技术迫在眉睫
• 发展新能源势在必行
新能源——太阳能、风能、核能、地热能、海洋能、生物能、氢能 等。
二、储氢材料的简介
氢能
氢能——利用氢燃烧时放出的热量作为能源。 氢能优势：
(1) 氢具有很高的燃烧值；
单位质量的氢气所含的化学能（142MJ/kg）至少是其他化学燃料 的三倍（例如，等质量的液体碳氢化合物是47MJ/kg）。 (2) 氢在氧气中燃烧只产生水，预计不会对环境产生负面影响，是一种 绿色的能源。
这种方法真正实现了能量的持续转化（化学能直接来自太阳能）和 物质的循环利用，且没有污染，是未来大规模产氢的理想途径。
二、储氢材料的简介
Figure 1 shows an ideal hydrogen cycle. where hydrogen is produced by splitting water through electrolysis with solar energy, storing it reversibly in a solid, and using it on demand in a fuel cell to produce energy.