储氢合金 PPT

合金中氢的位置
氢原子在合金晶格中形成固溶体
Chapter6 Metallic Materials
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合金中氢的位置
❖金属形成氢化物后，氢化物中 的金属晶格结构有和金属相一样 的结构，也有变为与金属相完全 不同的另一种结构。前者称为溶 解间隙型，如Pd—H和LaNi5— H系等，后者为结构变态型，如 Ti—H和Mg2Ni—H系等。
(1)比能量为Ni—Cd电他的1.5- 2倍； ❖(2)无重金属Cd对人体的危害； ❖(3)良好的耐过充、放电性能； ❖(4)无记忆效应； ❖(5)主要特性与Ni／Cd电他相近，可 以互换使用。 氢化物电极
Ni、MHx电池充放电过程示意图
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⑦ 有确定的化学稳定性；
⑧ 对杂质敏感程度低；
⑨ 原料资源丰富，价格低廉；
⑩ 用作电极材料时具有良好的耐腐蚀性。
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储氢合金种类
可以在工程上应用的合金基本上都是金属间化合物，已 确认有应用前景的共有四类
A及N——吸氢量较大的金属 (ⅡA，ⅢB，ⅣB，ⅤB族金属) B及M——过渡金属 （ⅥB，ⅦB，Ⅷ，ⅠB，ⅡB，ⅢA，ⅣA族） Mm ——混合稀土金属
放，无污染，可循环利用。
3.氢的利用途径多——燃烧放热或电化学发电
4.氢气的存储方式多——气体，液体或固体化合物 5.可 直接用作发动机燃料、也可以以燃料电池方式驱动汽 车
氢气储存与储氢合金
❖ 在整个氢能系统中，储氢是最关键的环节。
储氢合金——在一定的温度和氢气压力下，可以多次吸收、 储存和释放氢气的合金材料。
Application 贮氢容器
节省能量，安全可靠——用贮氢合金贮氢，无 需高压及贮存液氢的极低温设备和绝热措施。
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700标准大气压的储氢罐
Example
贮氢合金制作的贮氢装置
装到容器中的贮氢合金采用贮氢量为2.7%重量、合金密度为5g/cm3的材料。 对能够贮入5kg氢气的容器条件进行了推算。与压力相同（但没有采用贮 氢合金）的高压容器相比，重量增加了30%～50%，但是能够将体积缩小 30%～50%。
❖大多数金属在氢化反应过程中，其晶格要发生重新排列，产生与金属晶 格不同的结构。氢原子进入金属中，有3种存在状态：
①以中性原子(或分子)形式存在；②放出1个电子后，氢本身变为带正电荷 的质子(H+)；③获得多余电子后变为氢阴离子(H-)。
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储氢合金的开发
❖贮实氢用合要金求能：解决氢气的安全贮存和运输问题。
① 容易最活早化发；现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气， 但②钯很储贵气，容缺量少高实；用价值。铷镧镍金属间化合物：每克镧镍合 金③能贮吸存放0氢.1速57度升快氢；气，略为加热，就可以使氢气重新释放出 来④。L反aN复i5吸是放镍氢基循合环金时，不铁易基粉合化金，可性用能作不储退氢化材；料的有TiFe， 每⑤克T有iF合e能适吸的收吸贮放存氢0平.18台升压氢力气；。其他还有镁基合金，如 Mg⑥2C吸u、放M氢g过2N程i等中，的都平较衡便氢宜压。差小，即滞后现象弱；
扩散 • α相转变为氢化物（β
相）
① Habs(α) Habs(β) ② 氢在β相中扩散。
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大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
氢同金属或合金 反应，氢侵入其晶 格间位置里，金属 晶格可看成是容纳 氢原子的容器。在 面心立方体晶格和 体心立方体晶格中， 六配位的八面体晶 格间位置和四配位 的四面体晶格间位 置是氢稳定存在的 2个位置。
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Example
在高压容器中装入贮氢合金的 “混合贮氢容器”
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② H2的回收与纯化
❖氘－－氢的同位素,
它的原子核由一颗质
子和一颗中子组成。
其原子量为普通轻氢
的二倍,少量的存在于
天然水中,用于核反应,
储氢合金
储氢合金
hydrogen storage alloys
氢能开发 应运而生 大势所趋
1.氢是自然界中最普遍的元素，氢的来源非常丰富， 若能从水中制取氢，则可谓取之不尽、用之不竭。—
—不存在枯竭问题
2.氢的热值高，燃烧1千克氢可放出62.8千焦的热量， 1千克氢可以代替3千克煤油，燃烧产物是水——零排
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碳纳米管——迄今为止最好的储氢材料
碳纳米管储氢示意图（红点为氢原子）
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贮氢材料的应用
① 贮氢容器
重量轻、体积小——氢以金属氢化物形式存在 于贮氢合金之中，密度比相同湿度、压力条件 下的气态氢大1000倍；
H2的回收与纯化
并在化学和生物学的
研究工作中作示踪原
子 [deuterium]——亦
称“重氢”,元素符号
D
❖氚－－氢的同位素之 一，原子量为普通氢 的三倍。有放射性。 原子核有一个质子， 两个中子。应用于热 核反应。旧称“超重 氢”。元素符号3H或T
用铀回收氘的捕集器
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储氢合金的单位体积储 氢密度，是相同温度、 压力条件下气态氢的 1000倍
储氢原理
➢ 一个金属原子能与两个、三个甚至更多的氢原 子结合，生成稳定的金属氢化物，同时放出热 量。
➢ 将其稍稍加热，氢化物又会发生分解，将吸收 的氢释放出来，同时吸收热量。
M 2 xH 2 吸 放 热 热 （ （ 放 吸 出 入 H H 2 2） ) M H xQ
❖有效地利用金属与氢的可逆反应，就可实现化学能(氢)、热 能(反应热)和机械能(平衡氢压)间的相互转换。
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合金的吸氢反应机理
① H2传质 ② 化学吸附氢的解离
H22Had ③ 表面迁移 ④ 吸附的氢转化为吸收氢
① Had Habs • 氢在α相的稀固溶体中