氢能源与储氢

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
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
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
储氢材料概 述与展望
材料1701 陈硕 41703017
背景：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
• 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
活性好，储放氢相对容易
用于：氢汽车储氢、电池负极
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℃ ， 8MPa氢压下获得5％的可 逆储放氢容量)
各种配位氢化物的储氢性能
储氢材料和安全的储氢技术是当务之急 • 车用氢气存储系统目标：
IEA: （国际能源署）：质量储氢容 量>5%; 体积容量>50kg(H2)/m3 DOE（美国能源部）：质量储氢容 量>6.5%,体积容量> 62kg(H2)/m3
不同储氢方式的比较
• 气态储氢：能量密度低 不太安 全
• 液化储氢：能耗高 对储罐绝热 性能要求高
结束语---氢能离我 们还有多远？
氢能作为最清洁的可再生能源，近10多年来发达国 家高度重视，中国近年来也投入巨资进行相关技术 开发研究
氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划 引进
氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存
液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车－安全性和成 本
大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低 的镁基合金很难常温储放氢、位氢化物的可逆储放 氢等需进一步开发研究,
碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否 实用化还是个问号
感谢聆听，批评指正！
Байду номын сангаас
纳米碳管储氢-美国学者狄龙1997首开先河
单壁纳米碳管束TEM照片
多壁纳米碳管TEM照片
碳纳米管吸附储氢 氢
电化学储
纳米材料与镧镍合 金储氢容量的比较
原理图
循环连续充放电测试
多壁纳米碳管电极循环充 放电曲线，经过100充放电 后 保持最大容量的70％
单壁纳米碳管循环充放电曲 线，经过100充放电后 保持 最大容量的80％
• 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
储氢材料技 术现状
1 金属氢化物 2 配位氢化物 3 纳米材料
金属氢化物储氢特点
• 反应可逆 • 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
镁系
典型代表：Mg2Ni，美 Brookhaven国家实验室首先报道
• 储氢容量高 • 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
钛/锆系
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％）
氢在晶体场 中所占据的
位置
金属氢化物 储氢
目前研制成功的： 1.稀土镧镍系 2.钛铁系 3.镁系 4.钛/锆系
稀土镧镍系
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
钛铁系
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
实际使用时需对合金进行表面改性 处理