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储氢材料概述SeminarI2024/5/21周二1.一、绪言氢二十一世纪的绿色能源2024/5/21周二2.1.1能源危机与环境问题w化石能源的有限性与人类需求的无限性石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭！（科技日报，2004年2月25日，第二版）w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！w人类的出路何在？新能源研究势在必行！2024/5/21周二3.1.2 氢能开能开发，大，大势所所趋X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X氢的热值高，燃烧产物是水零排放，无污染，可循环利用X氢能的利用途径多燃烧放热或电化学发电X氢的储运方式多气体、液体、固体或化合物2024/5/21周二4.氢能系能系统建立条件建立条件规模制氢技术贮氢技术氢内燃机燃料电池技术关键环节亟待突破制氢原料能 源2024/5/21周二5.1.3实现氢能经济的关键技术w廉价而又高效的制氢技术w安全高效的储氢技术开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急w车用氢气存储系统目标：IEA:质量储氢容量5%;体积容量50kg(H2)/m3DOE:6.5%,62kg(H2)/m32024/5/21周二6.二、不同储氢方式的比较气态储氢：1)能量密度低2)不太安全1)液化储氢：1)能耗高2)对储罐绝热性能要求高2024/5/21周二7.贮氢技技术类型 典型技术 体积密度 重量密度备注物理方法液态氢71/37g/l5wt%20K,能耗大高压氢39/24g/l3.3wt%RT,70MPa大比表吸附剂1wt%80K纳米碳管100g/l4wt%30%NaBH4溶液2024/5/21周二8.日本加氢站2024/5/21周二9.加氢站指标2024/5/21周二10.二、不同储氢方式的比较固态储氢的优势：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2024/5/21周二11.2.1 体体积比比较2024/5/21周二12.2.2 氢含量比含量比较2024/5/21周二13.三、储氢材料技术现状w3.1金属氢化物w3.2配位氢化物w3.3纳米材料2024/5/21周二14.金属氢化物储氢特点w反应可逆w氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠w较高的储氢体积密度Abs.Des.M+x/2H2MHx+H2024/5/21周二15.Position for H occupied at HSMHydrogenonTetrahedralSitesHydrogenonOctahedralSites2024/5/21周二16.3.1金属氢化物储氢目前研制成功的：稀土镧镍系钛铁系镁系钛/锆系2024/5/21周二17.稀土稀土镧镍系系储氢合金合金v典型代表：LaNi5,荷兰Philips实验室首先研制v特点：活化容易平衡压力适中且平坦，吸放氢平衡压差小抗杂质气体中毒性能好适合室温操作v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2024/5/21周二18.PCT curves of LaNi5 alloy2024/5/21周二19.钛铁系典型代表：TiFe，美Brookhaven国家实验室首先发明w价格低w室温下可逆储放氢w易被氧化w活化困难w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2024/5/21周二20.PCT curves of TiFe alloy TiFe(40)2024/5/21周二21.TiFealloyCharacteristics:vtwohydridephases;vphase(TiFeH1.04)&phase(TiFeH1.95)v2.13TiFeH0.10+1/2H22.13TiFeH1.04v2.20TiFeH1.04+1/2H22.20TiFeH1.952024/5/21周二22.镁系典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验室首先报道n储氢容量高n资源丰富n价格低廉n放氢温度高（250300）n放氢动力学性能较差改进方法：机械合金化加TiFe和CaCu5球磨，或复合2024/5/21周二23.钛/锆系w具有Laves相结构的金属间化合物w原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸附wTiMn1.5H2.5日本松下（1.8）wTi0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4w活性好w用于：氢汽车储氢、电池负极Ovinic2024/5/21周二24.3.2配位氢化物储氢w碱金属（Li、Na、K）或碱土金属（Mg、Ca）与第三主族元素(B、Al)形成w储氢容量高w再氢化难(LiAlH4在TiCl3、TiCl4等催化下180，8MPa氢压下获得5的可逆储放氢容量)2024/5/21周二25.金属配位氢化物的的主要性能2024/5/21周二26.3.3碳纳米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs2024/5/21周二27.纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河单壁纳米碳管束TEM照片多壁纳米碳管TEM照片2024/5/21周二28.纳米碳管吸附储氢：HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR，RT，10MPa)2024/5/21周二29.纳米碳管电化学储氢开口多壁MoS2纳米管及其循环伏安分析循环伏安曲线2024/5/21周二30.纳米碳管电化学储氢2024/5/21周二31.多壁纳米碳管电极循环充放电曲线，经过100充放电后保持最大容量的70单壁纳米碳管循环充放电曲线，经过100充放电后保持最大容量的802024/5/21周二32.碳纳米管电化学储氢小结1.纯化处理后多壁纳米碳管最大放电容量为1157mAh/g，相当于4.1重量储氢容量。经过100充放电后，其仍保持最大容量的70。2.单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g，相当于1.84重量储氢容量。经过100充放电后，其仍保持最大容量的80。2024/5/21周二33.纳米材料储氢存在的问题：w世界范围内所测储氢量相差太大：0.01（wt）%-67（wt）%,如何准确测定？w储氢机理如何2024/5/21周二34.四、结束语氢能离我们还有多远？E氢能作为最清洁的可再生能源，近10多年来发达国家高度重视，中国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究E氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进E氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存E液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车安全性和成本E大多数储氢合金自重大，寿命也是个问题；自重低的镁基合金很难常温储放氢、位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究,E碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实用化还是个问号氢能之路前途光明，道路曲折！2024/5/21周二35.