1、贮氢合金贮氢合金能源危机？hydrogen storage metal 能源危机与环境问题能源危机与环境问题n化石能源的有限性与人类需求的无限性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石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭！数百年内枯竭！（科技日报，（科技日报，20042004年年2 2月月2525日，日，第二版）第二版）n化石能源的使用正在给地球造成巨大的化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾难生态灾难温室效应、酸雨等严重威胁地球温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！动植物的生存！n人类的出路何在？人类的出路何在？新能源研究势在必新能源研究势在必
2、行！行！n对中国来说，首要的是开发水力资源和生物质能，其次是发展地热能、风能和太阳能。太阳能和风能的利用存在较大的新材料问题。n太阳照射到地面的能量相当于全球能耗的1.6万倍，既无污染，又是永久性能源。可惜太阳辐射到地球的能量密度太低，只有1kW/m2，还受气候影响。n太阳能的利用形式主要有两种:是热能的直接利用，如利用镜面或反射槽将太阳光聚焦在收集器上，由中间介质吸热产生蒸汽，推动气轮机组发电，美国单台容量己达80MW；另一种形式是利用小型太阳能装置为房屋采暖供热，现己大量应用。研制高效、长寿、廉价的光伏转换材料已成为目前能源新材料领域的重要课题。n生物质能高梁、玉米和薯类等经过发酵、蒸馏，
3、可得到乙醇，乙醇属于可再生能源，酒精是乙醇的俗称。乙醇的化学式：C2H5OHC2H5OH 3O2 2CO23H2O乙醇燃烧时放出大量的热，所以它被用作酒精灯、火锅、内燃机等的燃料。在汽油中加入适量乙醇作为汽车燃料，减少汽车尾气的污染。n风能太阳能在地面上约2转变为风能，全球风力用于发电功率可达11.3万亿kW，很有发展前景。风能与风速密切相关，我国沿海与西北地区的风力资源丰富，大有作为，但风车材料是关键。个2.5MW的风车，转子叶片直径要80，包括传动箱的总重达30t；风车高近百米，用材几百吨。风车叶片耍有足够的强度和抗疲劳性能（全寿命转数要求109以上），目前主要采用玻璃钢或碳纤维增强塑料，
4、正向增强木材发展。氢能开发，大势所趋氢能开发，大势所趋X氢是自然界中最普遍的元素，资源氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽无穷无尽不存在枯竭问题不存在枯竭问题X氢的热值高，燃烧产物是水氢的热值高，燃烧产物是水零排放，无污零排放，无污染，可循环利用染，可循环利用X氢能的利用途径多氢能的利用途径多燃烧放热或电化学发电燃烧放热或电化学发电X氢的储运方式多氢的储运方式多气体、液体、固体或化合物气体、液体、固体或化合物燃烧燃烧1 1千克氢可放出千克氢可放出62.862.8千焦的热量，千焦的热量，1 1千克氢可以千克氢可以代替代替3 3千克煤油千克煤油实现氢能经济的关键技术实现氢能经济的关键技术n廉价而
5、又高效的制氢技术廉价而又高效的制氢技术n安全高效的储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开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是当务之急全的储氢技术是当务之急储氢方法有三种：储氢方法有三种：气态气态：高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储：高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150150个大气压，个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1 1，而且还有爆，而且还有爆炸的危险；炸的危险；液态液态：将气态氢降温到：将气态氢降温到252.6252.6o oC C变为液体进行储存，
6、变为液体进行储存，能耗大，而且需要超低温用的特殊容器，防止液态氢能耗大，而且需要超低温用的特殊容器，防止液态氢汽化。汽化。固态固态：储氢密度与液态相同或更高，安全：储氢密度与液态相同或更高，安全n气态储氢:能量密度低，不太安全。n液化储氢:能耗高，对储罐绝热性能要求高。n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。不同储氢方式的比较总结不同储氢方式的比较总结体积比较体积比较金属氢化物与储氢合金金属氢化物与储氢合金氢化物的分类氢化物的分类氢几乎可以与所有的元素反应生成各种氢化物氢几乎可以与所有的元素反应生成各种氢化物,氢化物大致可氢化物
7、大致可以分为四类以分为四类:1 1、离子键型离子键型 指氢与一二主族金属反应的离子键化合物如指氢与一二主族金属反应的离子键化合物如LiHLiH、MgHMgH2 2等等2 2、金属型金属型 指氢与过渡族金属反应的金属键化合物如指氢与过渡族金属反应的金属键化合物如TiHTiH1.71.73 3、共价键高聚合型共价键高聚合型 氢与硼及其附近元素反应的共价键型氢与硼及其附近元素反应的共价键型化合物如化合物如B B2 2H H6 6、AlHAlH3 34 4、分子型分子型 指氢与非金属反应的分子型化合物指氢与非金属反应的分子型化合物NHNH3 3、H H2 2O O等等作为储氢合金必须容易吸收氢，又能不
8、太困难作为储氢合金必须容易吸收氢，又能不太困难释放氢释放氢 共价键型化合物中氢与元素的键和作用不强，共价键型化合物中氢与元素的键和作用不强，氢化物的稳定性差、易分解，氢在这种化合物中氢化物的稳定性差、易分解，氢在这种化合物中不易存留不易存留 分子型和大多数离子键型氢化物十分稳定很分子型和大多数离子键型氢化物十分稳定很难分解，即氢化物中的氢不易释放出来难分解，即氢化物中的氢不易释放出来 适合做储氢材料的主要是一些适当的金属键适合做储氢材料的主要是一些适当的金属键型氢化物型氢化物n金属氢化物金属氢化物n配位氢化物配位氢化物n纳米材料纳米材料储氢材料技术现状储氢材料技术现状储氢合金及其应用得到迅速发
9、展储氢合金及其应用得到迅速发展.储氢合金能以金属氢化物的形式吸收氢储氢合金能以金属氢化物的形式吸收氢,加热加热后又能释放氢后又能释放氢,是一种安全、经济而有效的储是一种安全、经济而有效的储氢方法氢方法.金属氢化物不仅具有储氢特性金属氢化物不仅具有储氢特性,而且具有将而且具有将化学能与热能或机械能相互转化的机能化学能与热能或机械能相互转化的机能,从而从而能利用反应过程中的焓变开发热能的化学储存能利用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输送与输送,有效利用废热形式的低质热源有效利用废热形式的低质热源.因此因此,储氢合金的众多应用以受到人们的特别关注储氢合金的众多应用以受到人们的特别关注.贮氢合金粉
10、贮氢合金粉贮氢合金贮氢合金金属的贮氢原理金属的贮氢原理氢的存贮方式氢的存贮方式物理方式贮氢：如采用压物理方式贮氢：如采用压缩、冷冻、吸附等方式；缩、冷冻、吸附等方式；金属氢化物贮氢：金属氢化物贮氢：氢化物氢化物具有优异的吸放氢性能外，具有优异的吸放氢性能外，还兼顾了很多其它功能。还兼顾了很多其它功能。在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属间化合物（间化合物（MeMe）与气态）与气态H H2 2可逆反应生成金属固可逆反应生成金属固溶体溶体MHMHx x和氢化物和氢化物MHMHy y。反应分三步进行。反应分三步进行。金属与氢的反应是一个可逆过程。金属与氢的
11、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。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。复进行，实现材料的稀释氢功能。贮氢合金贮氢合金氢在金属中的吸收和释放，氢在金属中的吸收和释放，取决于金属和氢的相取决于金属和氢的相平衡关系平衡关系，影响相平衡的因素为影响相平衡的因素为温度、压力和组温度、压力和组成成。（也就是金属吸氢生成金属氢化物还是金属。（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、压力和合金成分的氢化物分解释放氢，受温度、压力和合金成分的控制）控制
12、）M+xH2MHx+M+xH2MHx+H (H (生成热，生成热，0)0)根据根据GibbsGibbs相率，压力相率，压力-浓度等温线（浓度等温线（PCTPCT曲线）如下图所示：曲线）如下图所示：PCTPCT曲线横轴固相中氢与金属原子比曲线横轴固相中氢与金属原子比,纵轴氢压纵轴氢压平台压力平台压力O O一一A A:为吸氢过程的第一步，金属吸氢，形成含氢固溶为吸氢过程的第一步，金属吸氢，形成含氢固溶体体;其固溶度其固溶度HHM M与固溶体平衡氢压的平方根成正比：与固溶体平衡氢压的平方根成正比：A A一一B B:为吸氢过程的第二步，为吸氢过程的第二步，固溶体进一步与氢反应，固溶体进一步与氢反应，产
13、生相变，形成产生相变，形成金属氢化物金属氢化物;B B点以后：点以后：为第三步，氢溶入氢化物形成固溶体，氢压为第三步，氢溶入氢化物形成固溶体，氢压增加。增加。提高温度，平台压力升高，但有效氢提高温度，平台压力升高，但有效氢容量减少容量减少 MHHp212 p-c-Tp-c-T曲线是衡量贮氢材料热力学性能的重要特曲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性曲线。通过该图可以了解金属氢化物中能含多少氢少氢()和任一温度下的分解压力值。和任一温度下的分解压力值。p-c-Tp-c-T曲曲线的平台压力、平台宽度与倾斜度、平台起始浓线的平台压力、平台宽度与倾斜度、平台起
14、始浓度和滞后效应，既是常规鉴定贮氢合金的吸放氢度和滞后效应，既是常规鉴定贮氢合金的吸放氢性能主要指标，又是探索新的贮氢合金的依据。性能主要指标，又是探索新的贮氢合金的依据。储氢合金吸氢储氢合金吸氢/放氢过程的滞后回线放氢过程的滞后回线实际储氢合金吸氢实际储氢合金吸氢/放氢过程并不完全可逆，两个过程形成图放氢过程并不完全可逆，两个过程形成图示的滞后回线，示的滞后回线，吸氢过程的平台压力总是大于放氢过程的平台压力吸氢过程的平台压力总是大于放氢过程的平台压力1.1.储氢材料的基本性质储氢材料的基本性质 氢溶于氢溶于AA AA 族金属时为放热反应族金属时为放热反应(H0),H0),H0),H H越大则
15、氢化物越不稳定，氢越大则氢化物越不稳定，氢在这些元素中的溶解度很小在这些元素中的溶解度很小,通常条件下不形成氢通常条件下不形成氢化物化物.通常要求储氢合金的生成热为通常要求储氢合金的生成热为:-29.26 -45.98kJ/molH-29.26 -45.98kJ/molH2 2 (LaNi(LaNi5 5,TiFe)TiFe)实用的储氢材料是由吸热型金属和放热实用的储氢材料是由吸热型金属和放热型金属组成的金属间化合物，使合金具有适当的生型金属组成的金属间化合物，使合金具有适当的生成热和氢分解压。成热和氢分解压。储氢材料应具备的条件储氢材料应具备的条件易活化易活化,氢的吸储量大；氢的吸储量大；用
16、于储氢时生成热尽量小用于储氢时生成热尽量小.而用于蓄热时生而用于蓄热时生成热尽量大成热尽量大;在一个很宽的组成范围内在一个很宽的组成范围内,应具有稳定合适应具有稳定合适的平衡分解压的平衡分解压(室温分解压室温分解压23atm);23atm);氢吸收和分解过程中的平衡压差氢吸收和分解过程中的平衡压差(滞后滞后)小；小；氢的俘获和释放速度快；氢的俘获和释放速度快；金属氢化物的有效热导率大；金属氢化物的有效热导率大；在反复吸放氢的循环过程中，合金的粉在反复吸放氢的循环过程中，合金的粉化小，性能稳定性好；化小，性能稳定性好；对不纯物如氧、氮、对不纯物如氧、氮、COCO、COCO2 2、水分等的、水分等
17、的耐中毒能力强；耐中毒能力强；储氢材料价廉。储氢材料价廉。影响储氢材料吸储能力的因素影响储氢材料吸储能力的因素 活化处理活化处理 制造储氢材料时制造储氢材料时,表面被氧化物覆盖及表面被氧化物覆盖及吸附着水和气体等会影响氢化反应吸附着水和气体等会影响氢化反应.采用加采用加热减压脱气或高压加氢处理热减压脱气或高压加氢处理.耐久性和中毒耐久性和中毒 耐久性是指储氢材料反复吸储的性质。耐久性是指储氢材料反复吸储的性质。向储氢材料供给新的氢气时带入的不纯物向储氢材料供给新的氢气时带入的不纯物使吸储氢的能力下降称为使吸储氢的能力下降称为“中毒中毒”。粉末化粉末化 在吸储和释放氢的过程中在吸储和释放氢的过程
18、中,储氢储氢材料反复膨胀和收缩材料反复膨胀和收缩,从而导致出现粉末从而导致出现粉末现象现象.储氢材料的导热性储氢材料的导热性 在反复吸储和释放氢的过程中在反复吸储和释放氢的过程中,形成微粉层使导热性能很差形成微粉层使导热性能很差,氢的可逆氢的可逆反应的热效应要求将其及时导出反应的热效应要求将其及时导出.滞后现象和平域滞后现象和平域 用于热泵系统的储氢材料用于热泵系统的储氢材料,滞滞后现象应小后现象应小,平域宜宽平域宜宽.安全性安全性贮氢合金的分类（按合金系统）贮氢合金贮氢合金镁系贮氢合金稀土贮氢合金钛系贮氢合金 锆系贮氢合金 钙系贮氢合金 2.2.储氢材料的种类储氢材料的种类三大系列 镁系合金
19、镁系合金 美美BrookhavenBrookhaven国家实验室首先报道国家实验室首先报道 镁在地壳中藏量丰富镁在地壳中藏量丰富.MgHMgH2 2 是已实现工业利用是已实现工业利用的二元化合物的二元化合物,价廉，有最大的储氢量价廉，有最大的储氢量.但释放但释放温度高且速度慢温度高且速度慢,抗腐蚀能力差抗腐蚀能力差.新开发的新开发的MgMg2 2NiNi1-1-x xM Mx x(M=V,Cr,Mn,Fe,Co)(M=V,Cr,Mn,Fe,Co)和和MgMg2-x2-xM Mx xNi(Al,Ca)Ni(Al,Ca)比比MgHMgH2 2的性能的性能好好.镁系吸氢合金的潜在应用在于可有效利用镁
20、系吸氢合金的潜在应用在于可有效利用250250400400的工业废热的工业废热,工业废热提供氢化物分工业废热提供氢化物分解所需的热量解所需的热量.目前目前,Mg,Mg2 2Ni Ni 系合金在二次电池系合金在二次电池负极方面的应用负极方面的应用,已成为一个重要的研究方向。已成为一个重要的研究方向。镁系贮氢合金镁系贮氢合金地壳中贮藏量丰富，价格便宜地壳中贮藏量丰富，价格便宜氢吸、放动力学性能差：释放温度高，氢吸、放动力学性能差：释放温度高，250250以上，反应速度慢，氢化困难以上，反应速度慢，氢化困难 贮氢合金贮氢合金第二节第二节 贮氢合金材料贮氢合金材料 密度小，仅为密度小，仅为1.74g/
21、cm1.74g/cm3 3优点：优点：贮氢容量高，贮氢容量高，MgHMgH2 2的含氢量达的含氢量达3.6%3.6%缺点：缺点：抗蚀能力差，特别是作为阴极贮氢合抗蚀能力差，特别是作为阴极贮氢合金材料。金材料。稀土系合金稀土系合金 以以LaNiLaNi5 5 为代表的稀土储氢合金被认为代表的稀土储氢合金被认为是所有储氢合金中应用性能最好的一类，荷兰为是所有储氢合金中应用性能最好的一类，荷兰PhilipsPhilips实验室首先研制实验室首先研制.初期氢化容易初期氢化容易,反应速度快反应速度快,吸吸-放氢性能优良放氢性能优良,2020时氢分解压仅几个大气压时氢分解压仅几个大气压.但是镧价格高但是镧
22、价格高,循环退化严重循环退化严重,易粉化易粉化.采用混合稀土采用混合稀土(La,Ce,Sm)Mm(La,Ce,Sm)Mm 替代替代LaLa可可有效降低成本有效降低成本,但氢分解压升高但氢分解压升高,滞后压差大滞后压差大,给给使用带来困难使用带来困难.采用第三组分元素采用第三组分元素M(Al,Cu,Fe,Mn,Ga,In,M(Al,Cu,Fe,Mn,Ga,In,Sn,B,Pt,Pd,Co,Cr,Ag,Ir)Sn,B,Pt,Pd,Co,Cr,Ag,Ir)替代部分替代部分 Ni Ni 是改善是改善LaNiLaNi5 5和和MmNiMmNi5 5储氢性能的重要方法储氢性能的重要方法.LaNiLaNi5
23、 5的晶体结构的晶体结构LaNi5LaNi5是六方晶格是六方晶格（晶格常数（晶格常数a0=0.5017nma0=0.5017nm，c0=0.3982nmc0=0.3982nm，c0/a0=0.794c0/a0=0.794，V=0.0868nm3V=0.0868nm3），其），其中有许多间隙位置，中有许多间隙位置，可以固溶大量的氢。可以固溶大量的氢。LaNiLaNi5 5形成氢化物的形成氢化物的H=-30.93kJ/mol HH=-30.93kJ/mol H2 2，S=-108.68 kJ/mol HS=-108.68 kJ/mol H2 2。在室温下一个单胞可与在室温下一个单胞可与6 6个氢原
24、子结合，形个氢原子结合，形成六方晶格的成六方晶格的LaNiLaNi5 5H H6 6（晶格常数（晶格常数a a0 0=0.5388nm=0.5388nm，c c0 0=0.4250nm=0.4250nm，c c0 0/a/a0 0=0.789=0.789，V=0.10683nmV=0.10683nm3 3），晶格体积增加了），晶格体积增加了23.523.5。第二节第二节 贮氢合金材料贮氢合金材料 贮氢合金贮氢合金贮氢合金贮氢合金优点：优点：吸氢量大吸氢量大平衡压力适中而平坦平衡压力适中而平坦放氢快，滞后小放氢快，滞后小容易活化，室温下即可活化容易活化，室温下即可活化具有良好的抗杂质气体中毒性具
25、有良好的抗杂质气体中毒性缺点：缺点：成本高，大规模使用受到限制成本高，大规模使用受到限制吸放氢过程中晶胞体积膨胀大吸放氢过程中晶胞体积膨胀大贮氢合金贮氢合金 钛系贮氢合金钛系贮氢合金钛系贮氢合金钛系贮氢合金钛铁系合金钛铁系合金钛锰系合金钛锰系合金钛锆系合金钛锆系合金钛镍系合金钛镍系合金钛系合金钛系合金Ti-Ni:Ti-Ni:TiNi,Ti TiNi,Ti2 2Ni,TiNi-TiNi,TiNi-Ti2 2Ni,TiNi,Ti1-y1-yZrZry yNiNix x,TiNi-ZrTiNi-Zr7 7NiNi1010,TiNiMm,TiNiMmTi-Fe:Ti-Fe:价廉价廉,储氢量大储氢量大,
26、室温氢分解压只有几个室温氢分解压只有几个大气压大气压,很合乎使用要求很合乎使用要求.但是活化困难但是活化困难,易中毒易中毒.美美BrookhavenBrookhaven国家实验室首先发明国家实验室首先发明Ti-Mn:Ti-Mn:粉化严重粉化严重,中毒再生性差中毒再生性差.添加少量其它元添加少量其它元素素(Zr,Co,Cr,V)(Zr,Co,Cr,V)可进一步改善其性能可进一步改善其性能.TiMnTiMn1.51.5SiSi0.10.1,Ti,Ti0.90.9ZrZr0.20.2MnMn1.401.40CrCr0.4 0.4 具有很好的储具有很好的储氢性能氢性能.四四,五元合金是发展方向五元合金
27、是发展方向.锆系合金锆系合金 锆系合金具有吸氢量高锆系合金具有吸氢量高,反应速度快反应速度快,易易活化活化,无滞后效应等优点无滞后效应等优点.但氢化物生成热大但氢化物生成热大,吸放氢平台压力低吸放氢平台压力低,价贵价贵,限制了它的应用限制了它的应用.ABAB2 2ZrVZrV2 2,ZrCr,ZrCr2 2,ZrMn,ZrMn2 2 储氢量储氢量比比ABAB5 5型合金大型合金大,平衡分解压低平衡分解压低.Zr(Mn,Ti,Fe).Zr(Mn,Ti,Fe)2 2和和Zr(Mn,Co,Al)Zr(Mn,Co,Al)2 2合金适合于作热泵材料合金适合于作热泵材料.Ti Ti1717ZrZr1616
28、NiNi3939V V2222CrCr7 7 已成功用于镍氢电池已成功用于镍氢电池,有宽广的元素替代容限有宽广的元素替代容限,设计不同的合金成分设计不同的合金成分用来满足高容量用来满足高容量,高放电率高放电率,长寿命长寿命,低成本不低成本不同的要求同的要求.配位氢化物储氢配位氢化物储氢n碱金属（碱金属（LiLi、NaNa、K K）或碱土金属（）或碱土金属（MgMg、CaCa）与第三主族元素）与第三主族元素(B(B、Al)Al)形成形成n储氢容量高储氢容量高 n再氢化难再氢化难(LiAlH(LiAlH4 4在在TiClTiCl3 3、TiCl TiCl4 4等催化下等催化下180 180，8MP
29、a8MPa氢压下获得氢压下获得5 5的可逆储放氢容量的可逆储放氢容量)单壁纳米碳管束TEM照片多壁纳米碳管TEM照片碳纳米管（碳纳米管（CNTsCNTs）19911991年日本年日本NECNEC公司公司IijimaIijima教授发现教授发现CNTsCNTs纳米碳管储氢纳米碳管储氢-美学者美学者Dillon1997Dillon1997首开先河首开先河3.3.储氢材料的功能及用途储氢材料的功能及用途 储氢合金在吸收过程中伴随储氢合金在吸收过程中伴随着十分可观的热效应，机械效应着十分可观的热效应，机械效应,电化电化学效应，学效应，磁性变化和明显的表面吸附磁性变化和明显的表面吸附效应和催化作用。效应
30、和催化作用。因此，在氢化物提纯因此，在氢化物提纯,重氢分离，空调，热泵，压缩机，重氢分离，空调，热泵，压缩机，氢氢气车气车,催化剂和镍金属氢化物电池等催化剂和镍金属氢化物电池等方面均有广阔的前景。镍氢电池已成为方面均有广阔的前景。镍氢电池已成为当前储氢合金应用方面最具有经济前景当前储氢合金应用方面最具有经济前景的突破。的突破。氢的贮存、净化和回收氢的贮存、净化和回收 储氢合金贮存氢气安全储氢合金贮存氢气安全,贮气密度高贮气密度高,无无须高压须高压,液化可长期贮存而没有能量损失液化可长期贮存而没有能量损失.超纯氢气是电子工业和一些尖端技术的重超纯氢气是电子工业和一些尖端技术的重要原料要原料,市售
31、氢气含市售氢气含N N2 2,O,O2 2,CO,CO2 2,CO,H,CO,H2 2O,O,CHCH4 4等不纯物等不纯物,但经储氢合金吸收后再释放出来但经储氢合金吸收后再释放出来,该氢气的纯度可达该氢气的纯度可达6 6个个9 9以上以上.目前目前,高纯和超高纯氢采用电解水生产高纯和超高纯氢采用电解水生产,低温吸附净化处理低温吸附净化处理,能耗及投资大能耗及投资大.大量合成大量合成氨厂和氯碱厂每年排放大量含氢气体氨厂和氯碱厂每年排放大量含氢气体,用储氢用储氢合金回收和净化合金回收和净化,能耗低投资少能耗低投资少.设计制作氢燃料发动机用于汽设计制作氢燃料发动机用于汽车和飞机，可提高热效率，减少
32、环车和飞机，可提高热效率，减少环境污染，使氢气真正成为便宜而又境污染，使氢气真正成为便宜而又使用方便的二次能源。在重量上，使用方便的二次能源。在重量上，金属氢化物不如汽油，但与汽油以金属氢化物不如汽油，但与汽油以外的替代能源的电池相比，重量又外的替代能源的电池相比，重量又显得轻。显得轻。氢燃料发动机氢燃料发动机 利用储氢合金有恒定的利用储氢合金有恒定的p-c-Tp-c-T曲线的曲线的特点特点,可以制作热可以制作热-压传感器压传感器.它利用氢化它利用氢化物分解压和温度的一一对应关系物分解压和温度的一一对应关系,通过压通过压力来测量温度力来测量温度.其优点在于其优点在于:有较高的温度敏感性有较高的
33、温度敏感性(氢化物和温度成对数关系氢化物和温度成对数关系),),探头体积小探头体积小,可使用较长的导管而不影响测量精度可使用较长的导管而不影响测量精度.因氢气分子量小而无重力效应等等因氢气分子量小而无重力效应等等.它要它要求储氢材料有尽可能小的滞后以及尽可求储氢材料有尽可能小的滞后以及尽可能大的能大的H H和反应速率和反应速率.热压传感器热压传感器 氘在原子能工业中较重要氘在原子能工业中较重要,可用来制造重可用来制造重水水D D2 2O,O,用作核反应堆中的慢化剂及冷却剂用作核反应堆中的慢化剂及冷却剂.一旦受控核聚变成功一旦受控核聚变成功,氘又是聚变的原料氘又是聚变的原料.某些储氢合金氢化物跟
34、氘某些储氢合金氢化物跟氘,氚化物相比氚化物相比,在同温下有足够大的差异在同温下有足够大的差异,从而可用于它们的从而可用于它们的分离分离.TiNi.TiNi合金吸收合金吸收D D2 2的速率是的速率是H H2 2的的1/10.1/10.将将含含7%D7%D2 2的的H H2 2气导入到填充气导入到填充 TiNi TiNi合金的密闭容合金的密闭容器里器里,加热到加热到150,150,操作一次可使操作一次可使D D2 2浓缩浓缩50%.50%.这样这样,通过多次压缩和吸收通过多次压缩和吸收,氘的浓度可迅速氘的浓度可迅速提高提高.低能耗低能耗,工艺简单工艺简单,回收大量高纯氢回收大量高纯氢.氢同位素分
35、离和核反应堆的应用氢同位素分离和核反应堆的应用 把热从低温物体输送到高温物体把热从低温物体输送到高温物体的装置称为热泵的装置称为热泵.热泵启动时热泵启动时,高温物体会高温物体会逐渐升温逐渐升温,低温物体的温度逐渐降低低温物体的温度逐渐降低.因此因此,热泵既有供热的作用热泵既有供热的作用,又有制冷的功能又有制冷的功能.可达可达到制冷到制冷-采暖双效的目的采暖双效的目的.储氢合金吸储氢合金吸-放氢时伴随着巨放氢时伴随着巨大的热效应大的热效应,发生热能发生热能-化学能的相互转换化学能的相互转换,可可逆性好逆性好,速度快速度快,是一种特别有效的蓄热和热是一种特别有效的蓄热和热泵介质泵介质.空调、热泵及
36、热贮存空调、热泵及热贮存热泵系统工况图 1971 1971年年Philips Philips 实验室率先报道了实验室率先报道了用用LaNiLaNi5 5合金对硝基苯加氢合金对硝基苯加氢,使环乙烯加氢使环乙烯加氢成环己烷成环己烷,并取得专利权并取得专利权.施瓦布等人发现施瓦布等人发现在在TiFe TiFe 合金中加入少量的合金中加入少量的Ru Ru 可使可使TiFe TiFe 在合成氨反应中的催化活性提高在合成氨反应中的催化活性提高5 5倍倍,活化活化能从能从62 kJ/mol 62 kJ/mol 降至降至38kJ/mol.38kJ/mol.此后储氢此后储氢合金在催化加氢、脱氢反应中的应用引起合
37、金在催化加氢、脱氢反应中的应用引起人们越来越大的兴趣人们越来越大的兴趣,并得到广泛的研究并得到广泛的研究.加氢和脱氢反应催化剂加氢和脱氢反应催化剂氢化物氢化物-镍电池镍电池贮氢材料的应用中贮氢材料的应用中,镍氢电池发展最快，是目镍氢电池发展最快，是目前贮氢合金应用方面最具经济价值的突破。前贮氢合金应用方面最具经济价值的突破。氢化物氢化物-镍电池是储氢合金领域第一个镍电池是储氢合金领域第一个已商品化已商品化,产业化的应用项目产业化的应用项目.氢化物氢化物-镍电镍电池也是我国高新技术领域的重点课题池也是我国高新技术领域的重点课题.这种电池是利用金属氢化物电极替代这种电池是利用金属氢化物电极替代镉镉
38、-镍电池的镉电极的一种高功率新型碱性镍电池的镉电极的一种高功率新型碱性二次电池二次电池.n镍氢电池由于其具有能量密度高、充放电速镍氢电池由于其具有能量密度高、充放电速度快、重量轻、寿命长、无环境污染等优度快、重量轻、寿命长、无环境污染等优点。目前商品化的镍氢电池大多用于笔记本电脑、摄像目前商品化的镍氢电池大多用于笔记本电脑、摄像机、便携式电话机等。作为动力电源，机、便携式电话机等。作为动力电源，Ni-HNi-H电池是电池是一个重要的发展方向。美国、英国、德国等一些发一个重要的发展方向。美国、英国、德国等一些发达国家都已推出各自的混合动力轿车。此外燃料电达国家都已推出各自的混合动力轿车。此外燃料
39、电池车的研究也加紧进行，在未来几年内，电动汽车池车的研究也加紧进行，在未来几年内，电动汽车在国际上将有大的发展。在国际上将有大的发展。如：如：19981998年推出售价年推出售价215215万日圆的混合动力轿车，万日圆的混合动力轿车，其中使用了高性能的镍氢电池，它基本保持了汽车其中使用了高性能的镍氢电池，它基本保持了汽车的优点，而且费用低，寿命长，同时减少的优点，而且费用低，寿命长，同时减少80%90%80%90%的的污染排放物。我国：投资污染排放物。我国：投资9 9亿元的亿元的“十五十五863”863”电动电动汽车重大专项已于汽车重大专项已于20012001年年1010月月2121日正式启动
40、。日正式启动。贮氢合金贮氢合金目前贮氢合金应用存在的几个主要问题目前贮氢合金应用存在的几个主要问题（1 1）贮氢能力低；）贮氢能力低；（2 2）对杂质气体的高度敏感性）对杂质气体的高度敏感性（3 3）初始活化困难；）初始活化困难；（4 4）氢化物在空气中自燃）氢化物在空气中自燃（5 5）反复吸释氢后氢化物性能衰减）反复吸释氢后氢化物性能衰减结束语结束语氢能离我们还有多远氢能离我们还有多远？E氢能作为最清洁的可再生能源，近氢能作为最清洁的可再生能源，近1010多年来发达国家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高度重视，中国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究研究E氢能汽车
41、在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进进E氢能汽车商业化的障碍是成本高，高在氢气的储存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液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车安全性和成本安全性和成本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用化还是个问号氢能之路前途光明，道路曲折！氢能之路前途光明，道路曲折！思思 考题考题1.1.氢能源有哪些优点？氢能源有哪些优点？2.2.实用的储氢材料是什么型的金属化物？实用的储氢材料是什么型的金属化物？3.3.储氢材料有哪些种类？储氢材料有哪些种类？4.4.储氢材料有哪些用途？储氢材料有哪些用途？
