储氢材料综述.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,储氢材料研究概况,目录,储氢材料的要求,储氢材料的分类,小结,储氢材料的要求,单位质量、单位体积吸氢量高,不易于空气中的气体反应,用于储氢时生成热小,反复吸放氢时粉化倾向小,成本低,储氢材料分类,物理方式储氢,化学方式储氢,物理方式储氢,活性炭、碳纳米材料等利用物理吸附储氢。,活性炭,所需温度低,研究的重点是提高储氢温度。,碳纳米材料,碳纳米材料包括碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等。,碳纳米纤维吸氢量可达5wt%10wt%。,碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，纯单壁碳纳米管的常温储氢容量高达5wt%10wt%。缺点是成本过高。,化学方式储氢,金属（合金）储氢材料,络合氢化物储氢材料,金属（合金）储氢材料,金属（合金）储氢材料与氢反应：,M,金属或者合金,吸氢放热，放氢吸热,由,P-C-T,曲线图可知，,反应进行的方向取决于温度和氢压力。,P-C-T,曲线图,1,金属（合金）储氢材料分类：,A,5,B,A,2,B,AB,AB,2,V,和,V,基固溶体,A元素：容易形成稳定氢化物的放热型金属,B元素：难于形成氢化物的吸热型金属,AB,5,型,典型代表：,LaNi,5,室温下，与几个大气压的氢反应：,LaNi,5,+3H,2,LaNi,5,H,6,储氢量约,1.4wt,。,优点：吸氢量大、易活化、不易中毒、平衡压力适 中、滞后小、吸放氢快等。,缺点：易粉化、成本高。,A,2,B,型,典型代表：,Mg,2,Ni,在,1.4,MPa,、,200,条件下：,Mg,2,Ni+2H,2,Mg,2,NiH,4,储氢量约,3.6wt,。,优点：密度小、储氢容量高、价格低廉、资源丰富。,缺点：活化困难，反应速度慢，放氢温度高。,AB,型,典型代表：TiFe,室温下，平衡氢压为,0.3MPa,储氢量约1.86wt%。,优点：储氢量大，放氢温度低,价格低廉，资源丰富。,缺点：活化困难，滞后较大，易中毒，反复吸氢性能降。,AB,2,型,典型代表：,ZrMn,2,储氢量约,1.8wt%,。,优点：储氢量大、易活化、反应速度快。,缺点：氢化物生成热大，吸放氢平台压力低，成本高。,V,和,V,基固溶体,典型代表：,(V,0.9,Ti,0.1,),0.95,Fe,0.05,储氢量约,3.7wt%,。,优点：储氢密度较大，平衡压适中，能在室温条件下大量储氢，尤其是抗粉化性能好,缺点：合金熔点高、价格昂贵、制备相对比较困难、对环境不太友好、不适合大规模应用,改变化学计量,元素替代,金属储氢材料的改良：,络合氢化物,概念：碱金属和碱土金属与氢化合形成配位氢化物。,优点：质量储氢密度高,缺点：,(1),放氢动力学和可逆吸放氢性能差。,(2),配位氢化物放氢一般多步进行，每步放氢条件不一样，因此，实际储氢量和理论值有较大差别。,常见的有：铝氢化物,硼氢化物,氮氢化物,铝氢化物,典型代表：,LiAlH,4,第三步反应温度在,400,以上，明显不适合车载使用。因此以前两步为主，放氢量约,7.9wt%,硼氢化物,典型代表：,LiBH,4,LiBH,4,LiH+B+3/2H,2,（,600K,）,H=69kJ/molH,2,放氢量约,13.8wt%,。,LiBH,4,中加入,LiNH,2,反应如下：,LiBH,4,+2LiNH,2,Li,3,BN,2,+4H,2,（,450K,）,H=,-23kJ/molH,2,。,放氢量约,7.9wt%,9.5wt%,。,氮氢化物,典型代表,:LiNH,2,Li,3,N+2H,2,LiH+Li,2,NH+,H,2,LiNH,2,+2LiH,储氢量约,10.5wt%,氨硼烷,氨硼烷(NH,3,BH,3,),NH,3,BH,3,(NH,2,BH,2,)n,+H,2,(,70-,11,2,),(NH,2,BH,2,)n(NHBH)n+nH,2,(155,-350,),(NHBH)n nBN+n/2H,2,(大于350）,前两步放氢量约1,0,wt%。,难点是实现低温脱氢和抑制杂质副产物,掺杂,掺杂改善了配位氢化物的脱氢性能,.,4,K,2,TiF,6,掺杂,NaAlH,4,体系与纯,NaAlH,4,脱氢相比,动力学性能显著提高,络合氢化物性能改善,K,K,2,TiF,6,掺杂,NaAlH,4,与纯,NaAlH,4,样品的脱氢曲线,3,阴阳离子替代,阴阳离子替代,改善,价键结合能,，进而改善热稳定性和动力学性能,4,阳离子替代,用Li原子部分替代对Na,3,AlH,6,中的Na原子,形成Na,2,LiAlH,6,该氢化物平台压降低。,阴离子替代,用F原子部分替代Na,3,AlH,6,中的H原子,形成Na,3,AIH,6-x,F,x,该氢化物展现了较好的平台性能。,氢化物反应失稳,氢化物反应失稳是通过添加适当的反应物来改变氢化物的原有分解路径,以形成更加稳定的脱氢产物。,4,AH,2,+B,ABx+xB,反应焓较小,从而降低了氢化物的分解温度,且易于可逆加氢反应的进行,不同脱氢反应路径焓变示意图,3,小结,金属（合金）储氢存在着储氢量低等问题，常用改变元素化学计量比、元素替代等方法改善其性能。,络合氢化物储氢量高，但是放氢困难，常用掺杂等方法改善其性能。,参考文献,1,胡子龙,.,贮氢材料,M.,北京：化学工业出版社,2002.,2Liu Y,Chu L,Zhou H,Gao M,Wang Q.A novel catalyst precursor K,2,YiF,6,with remarkable synergetic effects of K,Ti and F together on reversible hydrogen storage of NaAlH,4,J.Chem.Commun,2011,47:1740-1742.,3Vajo J J,Olson G L.Hydrogen storage in destabilized chemical systemsJ.Scripta Mater,2007,56:829-834.,4,李永涛,.,配位氢化物的储氢特性研究,D.,复旦大学,2011.,谢谢观看,