(完整word版)储氢材料

目录

前言 (2)

1.储氢材料分类 (3)

1.1储氢合金 (3)

1.1.1稀土系储氢合金 (3)

1.1.2镁系储氢合金 (3)

1.1.3钛系储氢合金 (3)

1.2络合物储氢材料 (4)

1.3纳米材料 (4)

1.4玻璃微球储氢 (4)

2.储氢材料的制备方法 (5)

2.2机械合金化法 (5)

2.3氢化燃烧合成法 (5)

2.4化学合成法 (6)

2.5烧结法 (6)

3.储氢材料的应用 (6)

3.1 氢气的“固态化”储存与运输 (6)

3.2氢气的超纯净化 (7)

3.3 氢气的压缩 (7)

3.4 空调制冷与热泵 (7)

3.6 真空技术 (7)

3.7 氢化物-镍电池 (8)

4.结语与展望 (8)

参考文献 (9)

前言

随着石油资源的日渐匮乏和生态环境的不断恶化，氢能被公认为人类未来的理想能源。这是因为：a．氢燃烧释能后的产物是水，是清洁能源；b．氢可通过太阳能、风能等自然能分解水而再生，是可再生能源；c．氢能具有较高的热值，燃烧1 kg氢气可产生1．25×106kJ 的热量，相当于3kg汽油或4.5 kg 焦炭完全燃烧所产生的热量；d．氢资源丰富，氢可以通过分解水制得。另外，在化工与炼油等领域副产大量氢气，尚未充分利用。可以预见，未来世界将从以碳为基础的能源经济形态转变为以氢为基础的能源经济形态(简称“氢经济”)。

氢能的开发和利用涉及氢气的制备、储存、运输和应用4大关键技术。本文讨论氢气的储存技术。[1]其中能量的储存和转换一直是能量有效利用的关键所在。传统的储氢手段主要是用钢瓶来储存氢气，其缺点是效率低，同时需要钢瓶具有耐高压、防泄漏的特性，比较苛刻。储氢材料由于其具有很高的氢气存储密度而受到人类的瞩目因此成为材料科学中研究的重点功能材料之一。储氢材料就作为一种极其重要的功能材料，在二次能源领域内具有不可替代的作用，特别是在燃料电池、可充电电池研究中，具有举足轻重的地位。储氢材料的研究直接关系着电动汽车的应用，也同样对潜艇、航天器等领域有着重要的影响。近几十年来世界各国都投入了巨大的人力、物力、财力对储氢材料进行研究，力图抢占这一基础材料研究的制高点。[2]

1.储氢材料分类

1.1储氢合金

目前所开发的金属储氢材料可大致分为稀土系、镁系和钛系等。其中镁系储氢合金受到世界各国的广泛重视。

1.1.1稀土系储氢合金

衡量储氢材料性能的标准主要有两个：体积密度(kg/m3)和储氢质量分数。体积密度为系统单位体积内储存氢气的质量，储氢质量分数为系统储存氢气的质量与系统质量的比值。稀土系氢化物的贮氢量多在1.5％一2.0％。以LaNi为代表的稀土系储氢合金，被认为是所有储氢合金中应用性能最好的一类。是较早开发的稀土储氢合金，它的优点是活化容易、分解氢压适中、吸放氢平衡压差小、动力学性能优良、不易中毒。但它在吸氢后会发生晶格膨胀。合金易粉碎。此外可以用A1、Mn、Si、Sn、Fe等置换Ni以克服合金的粉化。改善其贮氢性能。

1.1.2镁系储氢合金

最早开始研究镁系基储氢材料的是美国Brookhaven国家实验室，Reilly和Wiswall在1968年首先以镁和镍混合熔炼而成Mg2Ni合金。这类合金的储氢量可达3.8％，密度小，解吸等温线平坦，滞后小，是移动装置上理想的储氢合金。其缺点是脱氢温度高(解吸压力为105 Pa 时，解吸温度为287℃)，吸氢速度较低，热焓增量大。随着机械合金化制备方法的出现，大规模研究镁系储氢材料拉开了序幕。

1.1.3钛系储氢合金

钛系氢化物的贮氢量在1.8%～4.0%。1969年，美国Brookhaven国立实验室首次合成具有CsCl结构的FeTi合金。其储氢量为1.8%。FeTi合金储氢能力好，甚至还略高于LaNi5，其

作为储氢材料的优越性在于：①FeTi合金活化后。能可逆地吸放大量的氢，且氢化物的分解压强仅为几个大气压。很接近工业应用；②Fe，Ti元素在自然界中含量丰富。价格便宜，适合在工业中大规模应用。因此，FeTi合金一度被认为是一种很有应用前景的储氢材料。而深受人们关注。但是由于材料中有TiO2层形成，使得该材料极难活化，限制了其应用。

1.2络合物储氢材料

络合物用来储氢起源于氢化硼络合物的高含氢量。日本的科研人员首先开发了氢化硼钠(NaBH4) 和氢化硼钾(KBH4)等络合物储氢材料。它们通过加水分解反应可产生比其自身含氢量还多的氢气。后来又有人研制了一种被称之为“Aranate”的新型贮氢材料——氢化铝络合物(NaAlH4)，这些络合物在加热分解后可放出总量高达7.4％的氢。氢化硼和氢化铝络合物是很有发展前景的新型储氢材料，但为了使其能得到实际应用，人们还需探索新的催化剂或将现有的钛、锆、铁催化剂进行优化组合以改善NaAlH。等材料的低温放氢性能．而且对于这类材料的回收—再生循环利用也须进一步深入研究。

1.3纳米材料

在吸附储氢的材料中，碳质材料是最好的吸附剂，它对少数的气体杂质不敏感，且可反复使用。碳质储氢材料主要是高比表面积活性炭、石墨纳米纤维(GNF)和碳纳米管(CNT)。与金属储氢相比。碳纳米管储氢具有容量大、稀氢速度快。可常温释氢等优点。尽管人们对碳纳米管储氢的研究已取得了一些进展。但至今仍不能完全了解纳米孔中发生的特殊物理化学过程，也无法准确测得纳米管的密度。今后还应在储氢机理、复合掺杂改性和显微结构控制等方面进行深入研究。

1.4玻璃微球储氢

中空玻璃微球直径在61um一60um之间。在低温或在室温下呈非渗透性，但300℃～4000℃范围内。材料的穿透率增大，使得氢气可在一定压力的作用下进入到玻璃体中，当温度降到室温附近时，玻璃体的穿透性消失，氢气留在玻璃微球体内，随后随温度的升高即可释放出氢气。中空玻璃微球主要有MgAlSi、石英、聚酰胺、聚乙烯三酚盐酸等，质量储氢量为15%～42%。微球储氢是一种具有发展前途的储氢技术，其技术难点在于制备高强度的