储氢材料
储氢材料课件
确保储氢材料在使用过程中的安全性，解决潜在 的安全隐患。
05
结论与展望
储氢材料的重要地位与作用
01
能源储存与运输
储氢材料作为高效的能源储存和运输介质，具有高能量密度和易于储
存的优点，为可再生能源的大规模利用提供解决方案。
02
节能减排
储氢材料可以用于制备氢气，替代传统的化石燃料，从而减少环境污
降低成本
通过改进制备工艺、寻找低成本原材料等方法，降低储氢材料的 成本，提高其竞争力。
实现规模化生产
提高储氢材料的生产效率，实现规模化生产，以满足市场需求。
储氢材料的技术突破与挑战
材料稳定性
提高储氢材料的稳定性，以确保其在多次充放电 循环后仍能保持良好的性能。
高效制氢技术
研发高效的制氢技术，以实现储氢材料的快速充 放和高效利用。
用于电动汽车、无人机等移动设备，提供可靠的 能源供应，提高续航能力。
分布式能源系统
利用储氢技术将可再生能源储存，在需要时释放 ，有效解决可再生能源发电的不稳定性问题。
燃料电池领域
质子交换膜燃料电池（PEMFC）
储氢材料作为氢源，为燃料电池提供高纯度氢气，适用于汽车、航空航天等领域 。
固体氧化物燃料电池（SOFC）
重要影响。
常见的储氢材料晶体结构
02
如金属有机框架(MOFs)、配位聚合物(CPs)、共价有机框架
(COFs)等。
晶体结构与孔径和比表面积的关系
03
储氢材料的孔径和比表面积对其储氢性能也有重要影响，这些
性质又与晶体结构密切相关。
储氢材料的物理性能
孔径和比表面积
储氢材料通常具有较大的孔径和比表面积，这样 可以提高其储氢能力。
储氢材料概述详解
2.20TiFeH1.04 + H2 → 2.20TiFeH1.95 ( phase )
15
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
PCT curves of TiFe alloy
TiFe(40 ℃)
16
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
镁系
典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验 室首先报道
18
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
19
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
接上图
20
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
3.2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℃ ，
2.1 体积比较
4
Seminar I
Fuel Cell R&amrage capacity (wt%)
0 1 2 3 4 5
LaNi5H6
1.4wt%
per weight
TiFeH1.9
1.8wt%
Mg2NiH4
3.6wt%
Carbon nanotube (RT,10MPa 氢压)
8MPa氢压下获得5％的可逆储放氢容量)
21
金属配位氢化物的的主要性能
℃
22
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
四 储氢材料的应用
储氢材料分类
储氢材料分类目前储氢材料有金属氢化物、碳纤维碳纳米管、非碳纳米管、玻璃储氢微球、络合物储氢材料以及有机液体氢化物。
下面仅就合金、有机液体以及纳米储氢材料三个方面对储氢材料加以介绍。
一,合金储氢材料储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物,其原理是金属与氢形成诸如离子型化合物、共价型金属氢化物、金属相氢化物-金属间化合物等结合物,并在一定条件下能将氢释放出来。
合金作为储氢材料要满足一定的要求,首先其氢化物的生成热要适当,如果生成热太高,生成的氢化物过于稳定,释放氢时就需要较高的温度.而如果生成热太低,则不易吸收氢。
其次形成氢化物的平衡压要适当,最好在室温附近只有几个大气压,便于吸放氢,而且要吸放速度快，这样才能够满足实际应用的需求。
另外合金及其氢化物对水、氧和二氧化碳等杂质敏感性小，反复吸放氢时，材料性能不至于恶化。
而且，储氢材料的氢化物还要满足在存储与运输过程中性能可靠、安全、无害、化学性质稳定等条件。
现在已研究的并且符合上述要求的有镁系、稀土系、钛系和锆系等。
在上述储氢材料中，镁系储氢合金具有较高的储氢容量，而且吸放氢平台好、资源丰富、价格低廉，应用前景十分诱人。
镁可直接与氢反应,在300—400℃和较高的压力下, 反应生成Mg和H2反应生成MgH2: Mg + H2= MgH2 △H=-74.6kJ/mol。
MgH2理论氢含量可达7.6% , 具有金红石结构, 性能较稳定, 在287 ℃时分解压为101.3kPa。
由于纯镁的吸放氢反应动力学性能差, 吸放氢温度高, 所以纯镁很少被直接用来储存氢气，为此人们又开始研究镁基储氢合金材料。
到目前为止, 人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。
二，液态有机物储氢材料有机液体氢化物贮氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应, 即加氢和脱氢反应来实现的。
加氢反应时贮氢,脱氢反应时放氢, 有机液体作为氢载体达到贮存和输送氢的目的。
讲义4储氢材料
不同储氢方式的比较总结
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
固态储氢的优势：体积储氢容量高 无需高压及隔热容器安全性好， 无爆炸危险可得到高纯氢， 提高氢的附加值
5
体积比较
6
氢含量比较
0
LaNi H 56
TiFeH nanotube (RT,10MPa 氢压)
➢活化容易，储氢量较大，抗杂质气体中毒性能好 ➢平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小
➢动力学特性较差，价格昂贵 ➢改变A、B组元可以改善动力学特性，调整吸放氢温度、平台压力
❖ 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
22
PCT curves of LaNi5 alloy
23
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
24
TiFe alloy
Characteristics: ❖ two hydride phases; ❖ phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 ) ❖ 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 → 2.13TiFeH1.04 ❖ 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 → 2.20TiFeH1.95
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
储氢材料
2 M (固) + H 2 ( 气, p ) n
吸氢, 吸氢,放热 放氢, 放氢,吸热
2 MH n (固) − ∆H n
式中， 金属； 式中，M---金属； MHn---金属氢化物 金属 金属氢化物 P---氢压力；∆H---反应的焓变化 氢压力； 氢压力 反应的焓变化 反应进行的方向取决于温度 氢压力。 反应进行的方向取决于温度和氢压力。 取决于温度和
金属氢化物的相图
金属-氢系的相平衡 温度T 压力p 金属 氢系的相平衡由温度T、压力p和组 氢系的相平衡由 成成分c三个状态参数控制 成成分c三个状态参数控制。 控制。 用温度、压力、成分组成二元直角坐标可 温度、压力、成分组成二元直角坐标可 以完整地表示出金属 氢系相图 金属--氢系相图。 以完整地表示出金属--氢系相图。
然而，氢吸收元素和氢非吸收元素组成的 然而，氢吸收元素和氢非吸收元素组成的 合金，不一定都具备贮氢功能 贮氢功能。 合金，不一定都具备贮氢功能。 例如在 和 的金属间化合物中 的金属间化合物中， 例如在Mg和Ni的金属间化合物中，有 Mg2Ni和MgNi2。Mg2Ni可以和氢发生反应生 Ni可以和氢发生反应生 和 氢化物， 成Mg2NiH4氢化物，而MgNi2在100atm左右的 左右的 压力下也不和氢发生反应。 压力下也不和氢发生反应。
另外，作为 和 的金属间化合物 的金属间化合物， 另外，作为La和Ni的金属间化合物，除 LaNi5外，还有 还有LaNi，LaNi2等。 ， LaNi，LaNi2也能和氢发生反应，但生 ， 也能和氢发生反应， 成的La的氢化物非常稳定，不释放氢， 成的 的氢化物非常稳定，不释放氢，反应 的氢化物非常稳定 的可逆性消失了。 的可逆性消失了。
贮氢合金材料都服从的经验法则 贮氢合金材料都服从的经验法则是“贮 都服从的经验法则是 氢的吸收元素(IA—IVA族金属 和氢 族金属)和 氢合金是氢的吸收元素 氢合金是氢的吸收元素 族金属 的非吸收元素(VIA-VIII族金属 所形成的合 的非吸收元素 族金属)所形成的合 族金属 金”。 如在LaNi5里La是前者，Ni是后者；在 是前者， 是后者 是后者； 如在 是前者 FeTi里Ti是前者，Fe是后者。即，合金氢化 里 是前者 是前者， 是后者 是后者。 物的性质介于其 物的性质介于其组元纯金属的氢化物的性质 介于其组元纯金属的氢化物的性质 之间。 之间。
储氢材料的分类
储氢材料的分类
1. 金属氢化物储氢材料，就好像是一个神奇的“氢精灵宝库”！比如说氢化镁，它能吸收和释放大量的氢气呢。
2. 配位氢化物储氢材料呀，这可是个厉害的角色，如同一个精准的“氢舞者”。
像氢化铝钠就是个很好的例子呀，能为我们储存好多的氢。
3. 纳米材料储氢，哇哦，这简直就是储氢世界的“超级明星”嘛！纳米碳管，大家听说过吧，它在这方面表现超棒的哟！
4. 有机液体储氢材料，嘿嘿，那就是储氢领域的“神秘嘉宾”呢！比如某些有机液体可以很巧妙地把氢储存起来，神奇吧！
5. 复合储氢材料，好像是一个团结协作的“氢战队”呀！它们相互配合，共同完成储氢的任务呢，像一些复合材料做的就很好呀。
6. 玻璃微球储氢材料，这不就是一个个“氢的小房子”嘛！可以把氢好好地安置在里面哦，想想都觉得很有趣呢。
7. 吸附储氢材料，就如同“氢的好朋友”，紧紧地把氢抱住。
活性炭就是其中之一呀，厉害吧！
8. 液态有机氢载体储氢，哇，简直就是储氢的“魔法药水”呀！它可以带着氢来来去去呢，是不是很有意思呀。
我的观点结论就是：储氢材料的分类真的好丰富好有趣呀，每一种都有它独特的魅力和用途呢，未来的发展真让人期待！。
稀土储氢材料的现状及进展与趋势精选全文
其它表面处理方法——对成型负极的处理
（联氨＋强碱、有机酸、电镀、热充电、表面活性剂。）
稀土储氢材料技术
表面处理方法对AB5型储氢合金电极的影响
表面处理方法
作用
包覆膜
改善合金的导电导热性能，增强合金的抗氧化能力， 减少充放电循环过程中合金粉化。
化学还原及碱液 表面形成富镍层，提高合金电极的电催化活性、放 电容量及快速放电能力，同时改善循环寿命。
AB3-3.5
LaNi5
MmNi5
LaNi3
CaNi3
La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5
LaNi5H6 MmNi5H6.3 LaNi3H4.5 CaNi3H4.4 La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5H4.73
1.4
1.4
1.4
2.0
1.6
放氢压（温度） /MPa（℃）
氢化物生成热
/kJ·mol-1H2
Mn：部分取代Ni后对合金的活化、稳定性及吸 放氢速度均有好处，降低氢平衡压。含量为 0.2～0.8，循环寿命增加；大于0.8时寿命下降。
Al：增加抗腐蚀性，同时降低吸放氢速度。
稀土储氢材料技术
非化学计量的影响
通式：ABx±y或A1±xBy
如AB5 当B/A＜5.0时，平衡氢压降低，循环寿命下降。 当B/A＞5.0时，初容量下降，循环寿命增加。
国内外规模型企业的传统LaNi5型储氢合金的技术、工艺水平和产 品性能没有明显的差距。国内HEV用储氢合金粉的某些性能还有待改 进，低自放电镍氢电池用La-Mg-Ni系储氢合金仍处于开发试验阶段。
国外储氢合金技术的领先 之处主要在于通过快速冷凝熔 炼铸造工艺控制相结构均一稳 定性，通过合金粉后期表面处 理得到低内阻、高活性表面的 储氢合金负极材料。
贮氢材料的储氢原理及应用
贮氢材料的储氢原理及应用1. 储氢原理•贮氢材料是一种能够吸收和储存氢气的材料。
•储氢原理通过物理吸附和化学吸附两种方式实现。
1.1 物理吸附•物理吸附是指氢气通过静电作用力吸附在贮氢材料的表面。
•贮氢材料通常具有高表面积和微孔结构，增加氢气吸附的表面积和储存容量。
•常见的物理吸附储氢材料有活性炭、金属有机框架材料（MOFs）等。
1.2 化学吸附•化学吸附是指氢气与贮氢材料发生化学反应形成稳定的化合物。
•此类贮氢材料能在相对较低温度下吸附氢气并释放出来。
•常见的化学吸附储氢材料有金属氢化物、金属储氢合金等。
2. 贮氢材料的应用•贮氢材料的储氢能力决定了其在氢能源领域的应用前景。
2.1 氢能源储存与运输•氢能源储存与运输是贮氢材料最常见的应用领域之一。
•贮氢材料能够将氢气储存并便于运输，实现氢能源的大规模应用。
•在氢燃料电池车辆中，贮氢材料用于储存和释放氢气，提供动力供给。
2.2 金属加氢材料•金属加氢材料是一种通过吸氢反应将氢气储存在金属中的贮氢材料。
•这种材料通常用于氢气存储和氢气传递领域。
•可通过加氢反应将金属储氢材料中的氢气释放出来，用于氢气供应。
2.3 高纯度氢气产生•贮氢材料还可应用于高纯度氢气的产生。
•通过氢气吸附在贮氢材料上，可以避免杂质进入，从而获得高纯度的氢气。
2.4 氢气传感器•贮氢材料在氢气传感器中起到吸附和释放氢气的作用。
•通过测量贮氢材料的吸附和释放效果，可以判断空气中氢气的浓度。
总结贮氢材料作为一种能够吸附和储存氢气的材料，具有重要的应用潜力。
通过物理吸附和化学吸附两种方式，贮氢材料可以实现氢气的储存和释放。
在氢能源储存与运输、金属加氢材料、高纯度氢气产生和氢气传感器等领域都有广泛的应用。
随着氢能源技术的不断发展，贮氢材料的研究和应用将会进一步推动氢能源的发展。
金属材料之储氢材料
储氢材料通过物理吸附或化学反 应的方式储存氢气，具有高容量 、高纯度、低成本等优点。
储氢材料的分类
根据储氢原理，储氢材料可分为 物理吸附储氢和化学反应储氢两
类。
物理吸附储氢材料主要利用材料 表面的物理吸附作用储存氢气， 具有较高的储存密度和安全性。
化学反应储氢材料通过化学反应 将氢气储存于材料的化学键中， 具有较高的储存容量和较低的成
02 金属储氢材料的特性
金属储氢原理
金属与氢气发生反应，通过物理吸附或化学键合的方式将氢气储存于金属材料中。
金属储氢过程中，氢气与金属原子之间相互作用，形成稳定的金属氢化物。
金属储氢的原理主要基于金属的化学性质和晶体结构，不同的金属具有不同的储氢 能力和特性。
金属储氢材料的优点
01
02
03
高储氢密度
燃油效率和环保性能。
汽车热能回收
03
金属储氢材料可以吸收和释放大量的热能，可用于汽车热能回
收和利用。
感谢您的观看
THANKS
降低成本和提高安全性
成本
金属储氢材料的成本较高，限制了其 大规模应用。通过降低材料成本、优 化制备工艺和提高回收利用率，可以 降低金属储氢材料的成本。
安全性
金属储氢材料在充放氢过程中存在一 定的安全隐患。因此，提高金属储氢 材料的安全性是当前面临的重要挑战。 通过改进材料结构和控制反应条件， 可以降低安全风险。
材料复合化
金属间化合物
多层复合材料
通过控制金属元素的配比和合成条件， 制备具有优异性能的金属间化合物储 氢材料。
将不同种类的金属储氢材料进行多层 复合，利用各层材料的优点实现优异 的综合性能。
纳米复合材料
将金属储氢材料与纳米尺度的其他材 料（如碳纳米管、陶瓷颗粒等）进行 复合，以提高材料的储氢性能和机械 强度。
储氢材料有哪些
储氢材料有哪些
储氢材料是指能够吸附、吸收或储存氢气的材料。
随着氢能源的发展，储氢材
料的研究和开发变得越来越重要。
目前，主要的储氢材料包括金属氢化物、碳基材料、化合物材料等。
这些材料在储氢过程中具有不同的特性和应用。
金属氢化物是一类重要的储氢材料，它们可以通过吸附氢气来实现储氢。
金属
氢化物的储氢能力主要取决于金属和氢原子之间的化学键强度。
常见的金属氢化物包括镁、钛、锆等金属的氢化物。
这些材料在储氢过程中能够释放出大量的能量，因此被广泛应用于氢能源领域。
碳基材料也是重要的储氢材料之一。
碳材料具有较大的比表面积和丰富的微孔
结构，能够有效地吸附氢气。
常见的碳基储氢材料包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
这些材料具有良好的化学稳定性和储氢性能，因此被广泛应用于氢能源的储氢系统中。
除了金属氢化物和碳基材料，化合物材料也是重要的储氢材料之一。
化合物材
料通常由金属、非金属元素组成，具有较高的储氢容量和储氢速率。
常见的化合物储氢材料包括金属有机框架材料、过渡金属硼化物、氨硼烷等。
这些材料在储氢过程中能够实现高密度的氢储存，因此被广泛应用于氢能源的储氢系统和储氢车辆中。
总的来说，储氢材料的研究和开发对于推动氢能源的发展具有重要意义。
不同
类型的储氢材料具有不同的特性和应用，可以根据具体的需求选择合适的材料。
随着科技的不断进步，相信未来会有更多高效、安全、经济的储氢材料出现，为氢能源的发展注入新的动力。
储氢材料
2.2.1 碳纳米管储氢材料简介
碳纳米管(CNTs，Carbon Nanotubes )是一种主要由碳
六边形弯曲处为碳五边形和碳七边形组成的单层或多层纳米
管状材料。
1991年日本NEC公司的Iijima教授最先发现了碳纳米管。
碳纳米管分为单壁碳纳米管（SWNT）和多壁碳纳米管
（MWNT）。
b.熔体冷却条件
冷却类型：正常冷却（NC）
快速冷却（FC） 迅速淬冷（RQ） 部分RQ合金在950°C下退火12h（RQ/HT）
高 倍 率 放 电 效 率 70
68
67 64
（ 5c\0.2c
60 RQ/HT
冷却速度对电极的高倍率放电效率（HRDE）的影响
2.2 碳纳米管材料
氢化物
吸氢量/%(质量)
AB5
LaNi5 MmNi5 CaNi5 Ti1.2Mn1.8 TiCr1.8 ZrMn2 ZrV2 TiFe Mg2Ni
AB2
AB A2B
2.1.2 金属储氢材料的制备及研究方法
制备方法
传统熔炼法
氢化燃烧合成法 （HCS法）
还原扩散法
传统熔炼法
原材料 表面清理 感应熔炼
MOF-5的吸附等温线78K
MOF-5的吸附等温线298K
温度、压力对其储氢性能的影响
2.4 有机液体储氢
2.4.1 有机液体储氢材料简介
有机液体氢化物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一
对可逆反应,即加氢反应和脱氢反应实现的。加氢反应实现 氢的储存(化学键合),脱氢反应实现氢的释放。不饱和有机 液体化合物做储氢剂,可循环使用。
性能检测 注：虚线框为不一定处理工序
储氢材料课件
速吸放氢速率和良好平衡的储氢材料能够提高设备的充放氢效率。
储氢材料的性能评估
评估指标
评估储氢材料的性能主要依据其储氢能力、吸放氢速率 、可逆性、稳定性等指标。这些指标可以通过实验测试 获得。
材料筛选
根据实际应用需求，通过对比不同储氢材料的性能指标 ，可以筛选出适合特定应用的储氢材料。
材料改性
为了进一步提高储氢材料的性能，可以通过改性手段对 其进行处理，如表面改性、掺杂改性等，以改善其物理 化学性质。
储氢材料课件
xx年xx月xx日
目 录
• 储氢材料概述 • 储氢材料的性质与性能 • 储氢材料的制备方法 • 储氢材料的研究进展 • 储氢材料的未来发展趋势与挑战 • 结论与展望
01
储氢材料概述
储氢材料的定义
储氢材料是一种能够可逆地吸收和释放氢气的材料。 储氢材料通常具有较高的比表面积、良好的化学稳定性和较低的成本。
提高储氢材料的储氢性能
发展新型高性能储氢材料
研究新型高性能储氢材料的结构和性能，提高储氢材料的储氢 容量和储氢效率。
优化储氢材料的吸放氢性能
通过优化储氢材料的吸放氢性能，实现快速、可逆的吸放氢反应 ，提高储氢材料的实用性和安全性。
研究多尺度储氢材料
从纳米到宏观尺度，研究不同尺度储氢材料的性能和优化方法， 实现多尺度协同优化。
优化储氢材料的合成方法
改进和优化储氢材料的合成方法，实现低成本、大规模、可持续的制备和应用。
解决储氢材料的安全性和环境影响问题
1 2
提高储氢材料的安全性
研究储氢材料的热稳定性、化学稳定性、抗毒 性等安全性能，提高其使用安全性和可靠性。
降低储氢材料的环境影响
研究储氢材料的生命周期评估和环境影响，降 低其对环境的影响，实现可持续发展。
储氢材料
二、储氢合金
储氢合金在一定温度和压力下, 能可逆地吸收、 储存和释放H2。由于其储氢量大、污染少、制备 工艺相对成熟, 所以得到了广泛的应用。 储氢合金研究比较深入的主要有五种： 1）镁系 2）稀土系 3）钛系 4）锆系 5）V基固溶体储氢合金
1）镁系
镁基储氢材料以Mg2Ni 为代表。 镁合金密度小、储氢量大, 理论储氢质量分数达 71.6%, 是目前储氢材料研究的主要热点之一。 但其动力学性能以及在碱液中的循环寿命差, 因此 需要在动力学性能和循环寿命方面进行改善。近 年来, 主要对镁基合金化学组成的优化、合金的组 织结构及合金的表面改性等方面进行了相关的研 究，取得了一定进展。
2）稀土系
典型的稀土储氢合金La2Ni5 该合金具有吸氢快、易活化、平衡压力适中、易 调节、电催化活性好、高倍率放电性能好、对环 境污染小和循环寿命长等优点。 通过元素合金化、化学处理、非化学计量比、不 同的制备及热处理工艺等方法，La2Ni5型稀土储 氢合金作为商用电池的负极材料，目前该系列储 氢合金正向大容量、高寿命、耐低温、大电流等 方向发展。
五、有机液体氢化物储氢
有机液体氢化物储氢技术是借助不饱和液体有机 物与氢的一对可逆反应,即加氢反应和脱氢反应实 现的加氢反应实现氢的储存(化学键合),脱氢反应 实现氢的释放, 不饱和有机液体化合物做氢载体, 可循环使用。 有机液体氢化物储氢具有储氢量大、能量密度高、 储运安全方便等优点,因此被认为是未来储运氢能 的有效方法之一。
三、配位氢化物储氢
配位氢化物储氢材料是现有储氢材料中体积和质量 储氢密度最高的储氢材料，其主要代表是硼氢化钠。 硼氢化钠是强还原剂，在催化剂存在下，通过加水 分解反应可产生比其自身含氢量多的H2，供给燃料电 池, 同时副产物偏硼酸钠可通过电解、球磨等方法 生成硼氢化钠，实现物质和能量循环。 硼氢化钠水解制氢技术安全、方便，是目前一种比 较热门的制氢技术。具有以下优点：不燃烧，在碱 性溶液中能稳定存在；产生H2的速度容易控制；副 产物能被循环利用；H2纯度高, 储存效率高。
储氢材料概述范文
储氢材料概述范文储氢材料是指能够储存和释放氢气的物质。
随着氢能源的广泛应用，储氢材料的研究和开发已经成为一个热门领域。
本文将对目前常见的几种储氢材料进行概述，并探讨其优缺点及应用前景。
1.吸附储氢材料：吸附储氢材料是将氢气吸附在其表面上的材料。
常见的吸附储氢材料包括活性炭、金属有机框架（MOF）和多孔有机聚合物（POPs）。
吸附储氢材料的优点是具有较高的氢气储存密度和良好的可逆性，但其缺点是在吸附和释放过程中需要较高的温度和压力。
2.吸氢合金材料：吸氢合金材料是由金属和氢气形成化合物所构成的材料。
吸氢合金材料具有很高的氢气质量分数，能够在相对较低的温度和压力下吸附和释放氢气。
其中，铁、镁和钛等金属是常用的吸氢合金材料。
然而，吸氢合金材料的缺点是储氢量较低，且氢气的吸附和释放速度较慢。
3.化学储氢材料：化学储氢材料是通过在材料中形成化学键来储存氢气的。
常见的化学储氢材料包括金属氢化物、氮化物和储氢合金。
这些材料具有较高的储氢密度，但释放氢气时需要较高的温度和压力。
此外，化学储氢材料在储氢和释放过程中会有副产物生成的问题，需要进一步处理。
4.硼类材料：硼类材料包括硼氢化物和硼氮化物等。
这些材料具有很高的储氢密度，可以在相对较低的温度和压力下吸附和释放氢气。
硼类材料作为一种储氢材料具有潜在的应用前景，但其储氢和释放速率以及可逆性仍然需要进一步改进。
总结来说，吸附储氢材料、吸氢合金材料、化学储氢材料和硼类材料是目前常见的储氢材料。
各种储氢材料具有不同的特点和应用场景，在氢能源的开发和应用中有着重要的地位。
未来的研究还需要进一步提高储氢密度、降低储氢和释放的温度/压力要求，并解决副产物生成等问题，以实现储氢材料的可持续发展。
储氢材料简介范文
储氢材料简介范文引言：随着能源消耗的不断增加和环境污染的加剧，寻找一种高效、环保的能源储存技术变得越来越重要。
氢能作为一种清洁、可再生的能源，正在受到广泛的关注。
然而，氢气的储存一直是一个技术难题。
寻找一种合适的储氢材料是实现氢能利用的关键之一、本文将介绍几种常见的储氢材料，并对其特点和应用进行分析。
一、金属储氢材料金属储氢材料是最传统的一种储氢材料。
常见的金属储氢材料包括钛合金、镁合金、锆合金等。
这些材料具有储氢容量高、反应速率快等特点。
但是，金属储氢材料存在工艺复杂、储氢温度较高等问题，限制了其在实际应用中的推广。
二、吸附材料吸附材料是一种将氢气物理吸附在材料表面的方法。
常见的吸附材料包括活性炭、金属有机骨架、多孔有机聚合物等。
这些材料具有表面积大、容易制备等特点，但是吸附材料的储氢容量和吸附/释放速率较低，对性能的要求较高。
三、化学储氢材料化学储氢材料是将氢气以化学形式储存在材料中，并通过化学反应进行储氢和释放氢的过程。
常见的化学储氢材料包括氢化物、金属氢化物、有机液体等。
这些材料具有储氢容量高、储氢密度大等优点，但是存在反应速率慢、反应温度高等问题，对材料的选择和设计提出了挑战。
四、固态氢储存体系固态氢储存体系是一种结合了吸附和化学储氢方法的新型储氢技术。
其基本原理是将金属氢化物储氢剂与载体进行结合，通过吸附和化学反应双重方式来储存和释放氢气。
常见的固态氢储存体系包括氢化物储氢剂/多孔材料、氢化物储氢剂/焊接材料等。
这些储氢体系克服了传统储氢材料的缺点，具有储氢性能稳定、循环寿命长等优点。
结尾：综上所述，储氢材料是实现氢能利用的关键之一、金属储氢材料、吸附材料、化学储氢材料和固态氢储存体系都是常见的储氢材料。
每种材料都有其独特的优点和局限性。
未来的研究应该注重提高储氢容量、改善储氢速率、降低储氢温度等方面的性能。
随着技术的不断发展，相信储氢材料的性能将得到显著的改善，为氢能的广泛应用提供更加可靠的支持。
贮氢材料
之间。
12
然而，氢吸收元素和氢非吸收元素组成的 合金，不一定都具备贮氢功能。 例如 在 Mg 和 Ni 的金属间化合物中 ， 有 Mg2Ni和 MgNi2。Mg2Ni可以和氢发生反应生 成 Mg2NiH4 氢化物，而 MgNi2 在 100atm 左右 的压力下也不和氢发生反应。
13
作为贮氢材料的另一个重要条件是要存在
由直线
的斜率可求
出 H，由直 线在ln p轴上 的截距可求 出 S。
平 衡 氢 压 ／
Mpa
图4 各种贮氢合金的平衡氢压与温度的 关系(Mm为混合稀土合金)
22
300K时，氢气的熵值为31cal/K.mol.H2，
与之相比，金属氢化物中氢的熵值较小，即
式：
mn MH n ( ) H 2 MH m 2
42
金属氢化物贮氢材料的应用领域很多，而且
还在不断发展之中，目前对贮氢材料应用包括以
下几个主要方面：
高容量贮氢器、热泵、用作催化剂、发展 镍氢电池、温度传感器、控制器
43
参考文献
[1]马如璋.功能材料学概论[M] .冶金工业出版社，1999.P480-487 [2]胡子龙 . 贮氢材料 [ M ] . 北京 : 化学工业出版社, 2002 .
金属功能材料
—贮氢材料
目录
贮氢材料简介 贮 氢 原 理 贮氢材料应具备的条件 贮氢材料的种类 贮氢材料的应用
2
贮氢材料简介
贮氢材料(Hydrogen storage material)是在一般温和条件下， 能反复可逆地（通常在一万次以上）吸入和放出氢的特种金属材 料。又称贮氢合金或储氢金属间化合物。这种材料在一定温度和 氢气压强下能迅速吸氢，适当加温或减小氢气压强时又能放氢的 材料。 在1970-1985年期间，基于SmCo5和LaNi5的可逆吸储氢和 释放氢的 性质，荷兰的Philips实验室首先研发LaNi5材料，除用 两种金属组合的二元型，如AB2、AB5、AB等外，还开发了多元 金属组成的复合材料。有人将早期开发的稀土类的储氢材料成为 第一类的 储氢材料，而把钛锆系、镁系称为第二代储氢材料。
储氢材料名词解释
储氢材料名词解释
嘿，朋友！咱今儿来聊聊储氢材料。
你知道吗，储氢材料就像是一
个超级大口袋，专门用来装氢气的呢！比如说，金属氢化物，这玩意
儿就像是一个神奇的小盒子，能把氢气紧紧地“抱”在怀里。
想象一下，氢气就像是一群调皮的小精灵，到处乱跑，而储氢材料呢，就是那个能把它们都收服的厉害角色。
像一些合金，它们可厉害了，能把氢气储存起来，需要的时候再放出来，这不就跟咱存钱到银行，要用的时候再取出来一样嘛！
还有那些有机储氢材料，它们就像柔软的海绵，能吸纳好多好多的
氢气呢。
你说神奇不神奇？咱生活中很多地方都需要氢气，那怎么能
没有好的储氢材料来帮忙呢。
我记得有一次，在实验室里，大家都在研究各种储氢材料。
有个小
伙伴拿着一块金属氢化物，兴奋地说：“看呀，这就是我们的秘密武器！”大家都笑了起来。
这就好比一场战斗，储氢材料就是我们手中的
利器，能帮我们解决很多问题呢。
你说要是没有储氢材料，那我们的氢能汽车怎么跑起来呀？那不是
成了没油的汽车，只能干瞪眼了嘛！储氢材料就是氢能发展的关键呀，没有它，好多美好的设想都没法实现呢。
所以呀，储氢材料真的超级
重要，我们可得好好研究它，让它发挥更大的作用！我的观点就是，
储氢材料是未来能源领域不可或缺的一部分，我们要重视它，不断探索和创新，让它为我们的生活带来更多的便利和惊喜！。
储氢材料的储氢原理
储氢材料的储氢原理储氢材料是一类能够吸附、储存和释放氢气的物质。
它们通常由金属或非金属材料构成，具有较高的氢气吸附能力。
在储氢材料中，氢气分子以氢键或作为氢化物与材料表面或晶体结构之间的化学键形成相互作用。
储氢材料的储氢原理主要有物理吸附、化学吸附、氢化物和电化学吸附。
物理吸附是一种通过van der Waals力吸附氢气的储氢机制。
在物理吸附过程中，氢气分子与储氢材料之间的相互作用是弱的非共价力。
扩大储氢材料的比表面积可以提高物理吸附氢气的容量。
物理吸附的储氢材料一般具有较低的储氢温度和压力要求。
化学吸附是一种通过化学键吸附氢气的储氢机制。
在化学吸附过程中，储氢材料通过与氢气分子之间的化学反应形成强的化学键。
常用的储氢材料有过渡金属和其合金，如镍、钛、铌等。
化学吸附储氢材料的储氢温度和压力一般较高。
氢化物是一种通过形成金属氢化物结构来储存氢气的储氢机制。
在氢化物储氢材料中，氢气分子以金属原子为中心与材料表面或晶体结构之间形成化学键。
氢化物储氢材料的储氢容量相对较高，可以实现高密度储氢。
但氢化物在常温下释放氢气的动力学过程较慢，需要加热或加压来实现释放。
电化学吸附是一种利用电化学电位差来控制氢气吸附和释放的储氢机制。
在电化学储氢材料中，氢气分子通过吸附或离子态与材料表面形成化学键。
电化学储氢材料可以实现快速的氢气吸附和释放，具有较高的储氢动力学性能。
目前正在研究的一些电化学储氢材料包括氢化硼、氮化硼和碳纳米管等。
总的来说，储氢材料的储氢原理主要包括物理吸附、化学吸附、氢化物和电化学吸附。
不同的储氢机制适用于不同的应用需求和储氢条件。
研究和开发高效、经济、可持续的储氢材料对于促进氢能源技术的发展和应用具有重要意义。
第四章储氢材料正式版ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（1） 体积比较
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
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▪ (LiAlH4在TiCl3、 TiCl4等催化下180℃ ，8MPa氢 压下获得5％的可逆储放氢容量)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
金属配位氢化物的主要性能
▪ 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
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.2 氢能开发,大势所趋
因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究 中长期探求的目标。
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储氢材料的储氢原理及应用
储氢材料的储氢原理及应用储氢材料是指能够吸附、储存和释放氢气的材料。
储氢技术是目前广泛研究和探索的关键能源领域之一，因为氢气是一种高能量和清洁的能源来源。
以下是关于储氢材料的储氢原理及其应用的详细介绍。
一、储氢原理储氢材料的储氢原理主要包括吸附、化学反应和物理吸附等。
1. 吸附储氢吸附储氢是利用储氢材料的孔隙结构和表面积来吸附氢气分子。
常见的吸附储氢材料有活性炭、金属有机骨架材料(MOFs)和碳纳米管等。
这些材料具有高比表面积，能够吸附大量氢气分子。
在一定的压力和温度条件下，储氢材料可以吸附氢气并保持稳定，当需要释放氢气时，也可以通过调整压力和温度来释放。
2. 化学反应储氢化学反应储氢是指将氢气与储氢材料之间进行化学反应，从而形成氢化物。
在适当的条件下，氢气可以与某些金属或合金产生化学反应，形成金属氢化物。
常见的化学反应储氢材料有镁、锂等金属和它们的合金。
这些金属或合金在吸收氢气时会形成相对稳定的金属氢化物，当需要释放氢气时可通过升高温度、减小压力或添加催化剂等方式实现。
3. 物理吸附储氢物理吸附储氢是指利用储氢材料和氢气之间的范德华力来吸附氢气。
常见的物理吸附材料有多孔材料和各种纳米材料。
物理吸附储氢具有高氢负荷能力，吸附和释放速度较快，但在低温下储氢效果较差。
二、储氢材料的应用储氢材料的应用可以分为储能、氢气燃料和移动能源等方面。
1. 储能应用储能是储氢材料的主要应用之一。
通过将电能或其他能量形式转化成氢气的形式进行储存，在需要时释放氢气来产生电能，从而实现能量的存储和利用。
储氢材料在储能领域的应用可以提高能源储存效率，弥补电能储存的不足，并能够用于平稳供电和峰值需求。
2. 氢气燃料应用利用储氢材料储存的氢气作为燃料是储氢技术的另一个重要应用。
储氢材料可以储存大量的氢气，为氢燃料电池等设备提供持续稳定的氢气供应。
氢气燃料具有高燃烧效率和零排放的特点，被广泛应用于汽车、工业生产和发电等领域。
3. 移动能源应用储氢材料在移动能源领域的应用主要是为了解决电动汽车等电存储设备能量密度较低的问题。
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双取代Mg基氢化物中储氢的第一原理研究及其研究进展
一、双取代Mg基氢化物中储氢的第一原理研究
1.1、储氢材料第一原理概述
第一性原理计算是指从５个基本物理常数（电子质量、电子电量、普朗克常数、光速和玻耳兹曼常数）出发来预测微观体系的状态和性质的方法。
在材料科学研究领域，第一性原理计算占据着越来越重要的地位，利用现代高速的计算机，通过第一性原理计算可以模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与特征，并对材料的物性和结构进行预言，从而为新材料的设计提供指导。
在研究新能源材料的储氢材料方面，第一性原理计算可以从微观尺度给出储氢材料的性质，包括电子结构、成键特征、结合能、生成焓和脱附焓以及由此估算的脱氢温度等物理化学性质［３ ４］。
因而，第一性原理计算已经逐渐成为一种研究和探索新型储氢材料的可靠工具。
第一性原理包括从头算、离散变分方法、超Ｈａｒｔｒｅｅ Ｆｏｃｋ方法等，从确性和计算速度来看，从头算方法中的密度泛函（ＤＦＴ）理论应用较为广泛。
目前，第一性原理计算在储氢领域应用主要体现在：１）研究纳米结构的储氢性能以及纳米结构对储氢性能的影响；２）研究储氢材料中掺杂和缺陷的作用及对储氢性能的影响；３）研究储氢机理，为进一步改善材料储氢性能和开发新的储氢体系提供理论指导；４）确定氢化物的几何结构以及预测新型储氢材料。
镁基储氢合金是最有潜力的金属氢化物储氢材料，近年来已引起世界各国的广泛关注。
镁及其合金作为储氢材料,具有以下几个特点：(1)储氢容量很高,MgH2 的含氢量达到7.6(wt)% ,而Mg2NiH4的含氢量也达到3.6(wt)%；(2)镁是地壳中含量为第六位的金属元素，价格低廉，资源丰富；(3)吸放氢平台好；(4)无污这些缺点严重阻碍了镁染。
但镁及其合金作为储氢材料也存在三个缺点：(1)吸放氢速度较慢,反应动力学性能差；(2)氢化物较稳定，释氢需要较高的温度；(3)镁及其合金的表面容易形成一层致密的氧化膜。
以上基储氢合金的实用化进程。
近年来，镁基复合储氢材料的研究取得了明显突破，本文简要介绍镁基复合储氢材料吸放氢性能的改善。
1.2、双取代Mg基氢化物研究原理
氢化物稳定性：形成热DH，这是最重要的热力学参数，已被计算并用于预测研究系统的稳定性。
对于DH <0 kJ / mol（H 2）系统稳定，对于DH> 0 kJ / mol（H2）的系统是不稳定。
然而，对于理想的储氢材料，形成热DH应当为约40kJ / mol（H 2）
镁可直接与氢反应，在300～400℃和较高的氢压下，反应生成MgH2：
Mg+H2=MgH2 , △H=-74.6 kJ/mol 。
MgH2 理论氢含量可达7.6%，具有金红石结构，性能较稳定，在287℃时的分解压为101. 3 kPa。
因为纯镁的吸放氢反应动力学性能差，吸放氢温度高，所以纯镁很少被用来储存氢气。
随着材料合成手段的不断发展，特别是机械合金化制备工艺的日益成熟，研究人员对单质镁储氢材料进行了新的研究
到目前为止，人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。
其中最具有代表性的是Mg-Ni系储氢合金，许多研究者围绕这一系列合金开展了大量的研究工作。
在制备方法上，主要研究了熔炼法、粉末烧结法、扩散法、机械合金化法和氢化燃烧
合成法等，并且对镁基储氢合金采用表面处理和热处理来进一步提高其动力学性能和
循环寿命。
Mg-Ni系储氢合金
在Mg与Ni形成的合金体系中存在2种金属间化合物Mg2Ni和MgNi2，其中MgNi2不与氢气发生反应。
Mg2Ni在一定条件下(1.4MPa、约200℃)与氢反应生成Mg2NiH4 ，反应方程式如下：
Mg2Ni+2H2=Mg2NiH4 ，△H=-64.5 kJ/mol 。
反应生成的氢化物中氢含量为3.6%，其离解压为0.1MPa、离解温度为253℃。
Mg2Ni理论
电化学容量为999 mA·h·g- 1，但其形成的氢化物在室温下较稳定而不易脱氢。
且与强碱性电解液(6 mol·L-1的KOH)接触后，合金表面易形成Mg(OH)2，阻止了电解液与合金表面的氢交换、氢转移和氢向合金体内扩散，致使Mg2Ni的实际电化学容量、循环
寿命差。
镁与其它元素组成的镁基储氢合金除了Mg-Ni系储氢合金以外，研究者们研究得
比较多的还有Mg-Al系以及Mg-La系储氢合金。
Mg-Al系储氢合金有下列3 种类
型:Mg3Al12(γ)、Mg17Al12(γ)、Mg2Al3(β)。
1978 年, Douglass用熔炼的方法制备的
镁铝银储氢合金，储氢容量达到6.3%。
Nachman等[ 16 ]合成的Mg0.8Al0.1La0.1，
吸氢量为4.2%，放氢温度为310℃。
Reilly等制备的Mg-14Al储氢量为6.7%，放氢
温度为352℃。
Lupu等合成的Mg17Al11Ti，储氢量达到4.7%，放氢温度为304℃。
Gingl·F等认为Mg-La系合金(LnM12、LnMg17、LnMg41 )的典型代表是Mg17La2，最大吸氢量可达6.05%，放氢温度一般在320～350 ℃。
二、双取代Mg基氢化物中储氢研究进展
本文来源于international journal o f hydrogen energy 目的是研究取代对氢吸附属性MgH2影响。
2.1、前人研究存在的问题及研究原因
镁基氢化物（MgH 2）用于氢“固体”储存是最多的最前景的材料由于其高的重量和体积容量（分别为7.65重量％和110gH2 / l）。
但是，相反，镁基氢化物具有慢氢吸附特性，以及高解吸温度特性（573e673 K），阻碍其商业化应用[2]。
很多研究人员都没能解决单取代还是双取代对氢吸附的利弊。
这就是为什么进行各种尝试的原因以改善MgH 2吸氢和脱氢特性
2.2研究内容及成果
在计算的第一步我们引发单一取代，其中该系统被掺杂与6.25％的过渡金属（Mg15TMH32，其中TM = Ti，Sc和Zn）。
结果很理想，但是不够达到形成热的最佳值≈40kJ / mol H2[11]和解吸温度289e393 K的PEMFC（质子交换膜燃料电池或聚合物电解质膜燃料电池）[22]。
在第二步中我们增加了TM在系统中的量，12.5％，作为提高结果的方法，然而，这导致了一个重量的减少分析。
例如Mg14Ti2H32的重量分析降至6.88wt％而不Mg15TiH32和MgH2分别为7.25重量％和7.6重量％。
为了防止重量分析的这种减少，基于特征为Al和Li重量轻的特性我们进行了双取代，TM 和Li或Al。
本文研究的系统是（Mg14TMAlBH32和Mg14TMLiBH32，TM = Ti，Sc和Zn）的计算形成热和解吸温度，以及轨道杂交和电荷交换.
2.3总结
在这项工作，我们调查氢解吸机制在Mg基氢化物使用DFT计算。
我们提出了一种双
取代，用Al和Li作为第二元件，首先减小形成热以及解吸温度，其次保持MgH2重量。
这种方法被提议克服重量下降分析，在大量的情况下TM用于单取代。
通过我们的结果，我们观察到不稳定的系统，我们证明了这种方法的可行性，因此，导致减少了解
吸温度。
此外，在不同元素之间电荷转移，以及解释所研究系统的状态密度，更确定了我们的结果。
第一性原理计算应用于储氢材料体系，对于解释吸放氢性能改善的机理、化学反应过程、分子或者晶体结构以及预测新型储氢材料等方面，具有原子分子
层次的深入分析和准确度高等优势，在储氢材料的研究领域中正发挥着越来越重要的
作用。
目前，第一性原理计算还无法模拟真实完整的材料体系，难于直接指导设计高
性能的新型储氢材料。
因此，需要发展更高效、更接近实际体系的理论计算方法以及
高性能的计算机硬件设备，并结合实验数据和半经验准则来提高理论指导新储氢材料
的设计水平。