储氢合金PPT

氢的贮存
传统贮氢方法有两种： ①气态储氢：一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来贮存氢气， 但钢瓶贮存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气 压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1％，而且还有爆炸 的危险； ②液态储氢：另一种方法是贮存液态氢，将气态氢降温到－ 253℃变为液体进行贮存，但液体贮存箱非常庞大，需要极好 的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化。 近年来，一种新型简便的贮氢方法应运而生，即利用贮氢合金 （金属氢化物）来贮存氢气。
p-c-T 曲线（氢化物可逆吸放氢压力 组成等温线）是衡量贮氢材料热力学性
能的重要特性曲线。通过该图可以了解
金属氢化物中能含多少氢(％)和任一温
度下的分解压力值。
p-c-T 曲线的平台压力、平台宽度与倾
斜度、平台起始浓度和滞后效应，既是 常规鉴定贮氢合金的吸放氢性能主要指 M-H系统平衡压相图 标，又是探索新的贮氢合金的依据。
表1 几种贮氢合金的贮氢能力 (单位：(1022/cm3))
种类
氢原子个数
20K液氢
4.2
LiH
5.3
TiH2
9.2
ZrH2
7.3
YH2
5.7
UH2
8.2
FeTiH1.7
6.0
LaNi5H6.7
6.1
贮氢原理
在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属间化合物（Me）与气态H2可逆
反应生成金属固溶体MHx和氢化物MHy。
金属与氢的反应是一个可逆过程。正向反应吸氢、放热，逆向反应释氢、 吸热。 改变温度和压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的稀释氢 功能。 氢在金属中的吸收和释放，取决于金属和氢的相平衡关系，影响相平衡的 因素为温度、压力和组成。（也就是金属吸氢生成金属氢化物还是金属氢 化物分解释放氢，受温度、压力和合金成分的控制）
贮氢材料在室温和常压条件下能迅速吸氢(H2)并反应生成氢 化物，使氢以金属氢化物的形式贮存起来，在需要的时候， 适当加温或减小压力使这些贮存着的氢释放出来以供使用。 与氢作用生成氢化物 储氢材料 T、P
储氢
氢化物分解
放出氢
提高T降低P
相当钢瓶1/3重量的贮氢合金，可吸尽钢瓶内全部氢， 而体积仅为钢瓶的1/10。有的贮氢合金的贮氢量比液态 氢还大。贮氢合金一般在常温和常压下，比普通金属的 吸氢量要高1000倍，一种镁镍合金制成的氢燃料箱， 自重l00kg，所吸收的氢气热能相当于40kg的汽油，一 种镧镍合金吸氢的密度甚至达到了液氢的密度。表1显 示了几种贮氢合金的贮氢能力。
反应分三步进行： 第一步：先吸收少量氢，形成含氢固溶体（α相）。其固溶度[H]M与固溶体 平衡氢压的平方根成正比：
1 2 pH 2
H M
第二步：固溶体进一步与氢反应，产生相变，形成氢化物相（β相）：
式中：x为固溶体中的氢平衡浓度，y是合金氢化物中氢的浓度，一般y≥x。 第三步：再提高氢压，金属中的氢含量略有增加。
在吸收和释放氢过程中有金属 -氢系的平衡压力不相等的滞后现象。产生 滞后效应的原因，目的还不太清楚，但一般认为，它与合金氢化过程中金
属晶格膨胀引起的晶格Байду номын сангаас应力有关。
滞后程度的大小因金属和合金而异，如 MmNi5 （ Mm 是混合稀土）和 TiFe 系
氢化物的滞后程度较大。在热泵等金属氢化物的利用系统中，滞后效应严
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
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
储氢合金的概念与功能
什么是储氢合金？ 在一定温度和氢气压力下，能可逆的并且能多次吸收、 贮存和释放氢气的合金就是储氢合金。 贮氢合金是20世纪60年代发展起来的，使氢的贮存问 题得到了令人满意的解决。这种合金像海绵吸水一样， 大量吸氢．亦称为氢海绵。这类合金中的一个金属原 子能和两、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，氢化物发 生分解，吸收热量后，又可将吸收的氢气释放出来。
重影响其使用性能。 滞后应越小越好
元素周期表中，除He、 Ne、Ar等稀有气体外，几乎所有的元素均能与氢 反应生成氢化物或含氢化合物。
氢与碱金属、碱土金属反应，一般形成离子型氢化物，氢以H- 离子形式与
金属结合的比较牢固。氢化物为白色晶体，生成热大，十分稳定，不易于
氢的储存。
大多数过渡金属与氢反应，则形成不同类型的金属氢化物，氢表现为H-与 H＋之间的中间特性，氢与这些金属的结合力比较弱，加热时氢就能从这 些金属中放出，而且这些金属氢化物的储量大，但单独使用一种金属形成
——By 陆皓
随着人类社会的进步和发展
传统的能源石油、煤日渐枯竭，且带来了严重的环境污染
为了满足人们工业生产和日常生活的需要 急需寻找和开发新能源, 如太阳能、生物质能、 氢能、风能、潮汐能、地热能及核能等
众多的新能源中,氢能因具有： 储量大 氢来源广泛，是自然界中最普遍的元素 高能量密度 燃烧1Kg氢气可产生1．25x106kJ的热量。相当于3Kg 汽油或4．5Kg焦炭完全燃烧所产生的热量。 清洁 氢燃烧后生成的产物是 H 2O 具有零污染的特点
不久的将来氢原子将取代碳原子，提供一种丰富的、无 穷无尽的能源资源，并使我们这个地球有一个比较适宜 的生态环境
实现氢能经济的关键技术 1) 廉价而又高效的制氢技术 2) 安全高效的储氢技术：开发新型高效储氢材料和安全储氢 技术是当务之急!! 车用氢气存储系统目标： IEA (International Energy Agency ):质量储氢容量>5%; 体积容量>50kg(H2)/m3 DOE (Department of Energy ): 质量储氢容量 >6.5%,> 62kg(H2)/m3
制氢技术
全球年产氢：5000亿Nm3
合成氨：50％ 石油精练：37％
化石燃料制氢占96%
甲醇合成：8％
制氢技术
1) 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法 成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决 2) 生物质为原料制氢 光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题 3) 水分解制氢 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳 能的收集、高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解 决的问题。 4）光催化制氢 效率低，需要寻求新型、高效的光催化材料。