储氢材料简介(谷风参考)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
储氢材料
经验学习
1
目录
1 能源现状 2 储氢材料的简介 3 储氢材料的研发 4 应用与总结
经验学习
2
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”。
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。
经验学习
10
二、储氢材料的简介
Figure 1 shows an ideal hydrogen cycle. where hydrogen is produced by splitting
蒸发损失； 对储槽绝热材料的要求高。
经验学习
18
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
经验学习
19
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
体积比较：
经验学习
20
二、储氢材料的简介
经验学习
15
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
储氢系统
输送系统 氢的利用
煤 石油 天然气 水
生物质
副产氢
蒸汽转化法 部分氧化法 煤气化法
电解法 热化学循环
汽化
微生物法
加压 氢 精制
经验学习
压缩 冷冻 氢化物 碳材 有机液 玻璃微球
车辆 船舶 管道 氢化物箱 贮槽
化学工业 冶金工业 电子工业 航空航天 燃料电池 发动机 家庭民用
16
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；
经验学习
17
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)；
water through electrolysis with solar energy, storing it reversibly in a solid, and
using it on demand in a fuel cell to produce energy.
经验学习
11
二、储氢材料的简介
经验学习
8
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。
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
61.0
40.8
总量
346.7 379.9
经验学习
2020 120.9 78.4 25.4 97.3 57.3 607.7
7
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。
14
二、储氢材料的简介
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 。
Three mainly different ways that hydrogen can be adsorbed on a material chemisorption
physisorption
经验学习
quasimolecular bonding
21
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;
经验学习
9
Leabharlann Baidu
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：
(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。
经验学习
12
二、储氢材料的简介
氢能源-----国际对比
经验学习
13
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
经验学习
存在的困难
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
过$200。
经验学习
5
一、能源现状
石油储量分布不均
~60%
＜5%
经验学习
6
一、能源现状
世界能源消耗不均
1990 -2020 (Quadrillion Btu)
地区/国家
1990
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。
经验学习
3
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。
经验学习
4
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
经验学习
1
目录
1 能源现状 2 储氢材料的简介 3 储氢材料的研发 4 应用与总结
经验学习
2
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”。
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。
经验学习
10
二、储氢材料的简介
Figure 1 shows an ideal hydrogen cycle. where hydrogen is produced by splitting
蒸发损失； 对储槽绝热材料的要求高。
经验学习
18
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
经验学习
19
二、储氢材料的简介
储氢方式比较
体积比较：
经验学习
20
二、储氢材料的简介
经验学习
15
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
储氢系统
输送系统 氢的利用
煤 石油 天然气 水
生物质
副产氢
蒸汽转化法 部分氧化法 煤气化法
电解法 热化学循环
汽化
微生物法
加压 氢 精制
经验学习
压缩 冷冻 氢化物 碳材 有机液 玻璃微球
车辆 船舶 管道 氢化物箱 贮槽
化学工业 冶金工业 电子工业 航空航天 燃料电池 发动机 家庭民用
16
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；
经验学习
17
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)；
water through electrolysis with solar energy, storing it reversibly in a solid, and
using it on demand in a fuel cell to produce energy.
经验学习
11
二、储氢材料的简介
经验学习
8
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。
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
61.0
40.8
总量
346.7 379.9
经验学习
2020 120.9 78.4 25.4 97.3 57.3 607.7
7
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。
14
二、储氢材料的简介
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 。
Three mainly different ways that hydrogen can be adsorbed on a material chemisorption
physisorption
经验学习
quasimolecular bonding
21
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;
经验学习
9
Leabharlann Baidu
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：
(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。
经验学习
12
二、储氢材料的简介
氢能源-----国际对比
经验学习
13
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
经验学习
存在的困难
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
过$200。
经验学习
5
一、能源现状
石油储量分布不均
~60%
＜5%
经验学习
6
一、能源现状
世界能源消耗不均
1990 -2020 (Quadrillion Btu)
地区/国家
1990
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。
经验学习
3
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。
经验学习
4
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