储氢材料概述课件.ppt

1、储氢材料概述2022-6-32一、绪言 氢二十一世纪的绿色能源2022-6-331.1能源危机与环境问题 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） 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！2022-6-341.2 氢能开发，大势所趋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202

2、2-6-351.3 实现氢能经济的关键技术 廉价而又高效的制氢技术 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 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)/m32022-6-36二、不同储氢方式的比较气态储氢：1)能量密度低2)不太安全液化储氢：1)能耗高2)对储罐绝热性能要求高2022-6-37二、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2022-6-382.1 体积比较2022-6-392.2 氢含

3、量比较0123450123454.2wt%Carbon nanotube(RT,10MPa 氢压)3.6wt%1.8wt%1.4wt%Hydrogen storage capacity (wt%) LaNi5H6 TiFeH1.9 Mg2NiH4 Hydrogen storage capacity (wt%) per weight2022-6-310三、储氢材料技术现状 3.1 金属氢化物 3.2 配位氢化物 3.3 纳米材料2022-6-311金属氢化物储氢特点 反应可逆 氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠 较高的储氢体积密度Abs.Des.M + x/2H2MHx + H 2022-6-

4、312Position for H occupied at HSM Hydrogen on Tetrahedral Sites Hydrogen on Octahedral Sites2022-6-3133.1 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2022-6-314稀土镧镍系储氢合金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20

5、22-6-315PCT curves of LaNi5 alloy 2022-6-316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2022-6-317PCT curves of TiFe alloy TiFe(40 )2022-6-318TiFe alloyCharacteristics: v two hydride phases;v phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 )v 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 2.13Ti

6、FeH1.04v 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 2.20TiFeH1.95 2022-6-319镁系典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验室首先报道 储氢容量高 资源丰富 价格低廉 放氢温度高（250300 ） 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jjkkl2022-6-320钛/锆系 具有Laves相结构的金属间化合物 原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸附 TiMn1.5H2.5 日本松下（1.8） Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4 活性好 用于：氢汽车储氢、电池负极Ovinic 2022-6-32

7、13.2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 ，8MPa氢压下获得5的可逆储放氢容量)2022-6-322金属配位氢化物的的主要性能2022-6-3233.3碳纳米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs2022-6-324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2022-6-325纳米碳管吸附储氢：Hydrogen storage capacities of CNTs and La

8、Ni5 for comparison (data deternined by IMR，RT，10MPa)2022-6-326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2022-6-327纳米碳管电化学储氢2022-6-328 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802022-6-329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503

9、mAh/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。 2022-6-330纳米材料储氢存在的问题： 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？ 储氢机理如何2022-6-331四、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！32Thank you!