储氢材料PPT演示课件
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储氢材料课件
安全问题
确保储氢材料在使用过程中的安全性，解决潜在 的安全隐患。
05
结论与展望
储氢材料的重要地位与作用
01
能源储存与运输
储氢材料作为高效的能源储存和运输介质，具有高能量密度和易于储
存的优点，为可再生能源的大规模利用提供解决方案。
02
节能减排
储氢材料可以用于制备氢气，替代传统的化石燃料，从而减少环境污
降低成本
通过改进制备工艺、寻找低成本原材料等方法，降低储氢材料的 成本，提高其竞争力。
实现规模化生产
提高储氢材料的生产效率，实现规模化生产，以满足市场需求。
储氢材料的技术突破与挑战
材料稳定性
提高储氢材料的稳定性，以确保其在多次充放电 循环后仍能保持良好的性能。
高效制氢技术
研发高效的制氢技术，以实现储氢材料的快速充 放和高效利用。
用于电动汽车、无人机等移动设备，提供可靠的 能源供应，提高续航能力。
分布式能源系统
利用储氢技术将可再生能源储存，在需要时释放 ，有效解决可再生能源发电的不稳定性问题。
燃料电池领域
质子交换膜燃料电池（PEMFC）
储氢材料作为氢源，为燃料电池提供高纯度氢气，适用于汽车、航空航天等领域 。
固体氧化物燃料电池（SOFC）
重要影响。
常见的储氢材料晶体结构
02
如金属有机框架(MOFs)、配位聚合物(CPs)、共价有机框架
(COFs)等。
晶体结构与孔径和比表面积的关系
03
储氢材料的孔径和比表面积对其储氢性能也有重要影响，这些
性质又与晶体结构密切相关。
储氢材料的物理性能
孔径和比表面积
储氢材料通常具有较大的孔径和比表面积，这样 可以提高其储氢能力。
确保储氢材料在使用过程中的安全性，解决潜在 的安全隐患。
05
结论与展望
储氢材料的重要地位与作用
01
能源储存与运输
储氢材料作为高效的能源储存和运输介质，具有高能量密度和易于储
存的优点，为可再生能源的大规模利用提供解决方案。
02
节能减排
储氢材料可以用于制备氢气，替代传统的化石燃料，从而减少环境污
降低成本
通过改进制备工艺、寻找低成本原材料等方法，降低储氢材料的 成本，提高其竞争力。
实现规模化生产
提高储氢材料的生产效率，实现规模化生产，以满足市场需求。
储氢材料的技术突破与挑战
材料稳定性
提高储氢材料的稳定性，以确保其在多次充放电 循环后仍能保持良好的性能。
高效制氢技术
研发高效的制氢技术，以实现储氢材料的快速充 放和高效利用。
用于电动汽车、无人机等移动设备，提供可靠的 能源供应，提高续航能力。
分布式能源系统
利用储氢技术将可再生能源储存，在需要时释放 ，有效解决可再生能源发电的不稳定性问题。
燃料电池领域
质子交换膜燃料电池（PEMFC）
储氢材料作为氢源，为燃料电池提供高纯度氢气，适用于汽车、航空航天等领域 。
固体氧化物燃料电池（SOFC）
重要影响。
常见的储氢材料晶体结构
02
如金属有机框架(MOFs)、配位聚合物(CPs)、共价有机框架
(COFs)等。
晶体结构与孔径和比表面积的关系
03
储氢材料的孔径和比表面积对其储氢性能也有重要影响，这些
性质又与晶体结构密切相关。
储氢材料的物理性能
孔径和比表面积
储氢材料通常具有较大的孔径和比表面积，这样 可以提高其储氢能力。
1.第三讲储氢材料
⑨ 储氢材料价廉。
52
(三) 影响储氢材料吸储能力的因素
① 活化处理 制造储氢材料时，表面被氧化物覆盖及 吸附着水和气体等会影响氢化反应，采用加 热减压脱气或高压加氢处理。
53
② 耐久性和中毒 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 入的不纯物使吸储氢的能力下降称为“中毒”。 ③ 粉末化 在吸储和释放氢的过程中，
23
第一节 金属的贮氢原理 氢与金属或合金的基础反应： （1）H2传质； （2）化学吸附氢的解离，H2＝2Had ； （3）表面迁移； （4）吸附的氢转化为吸收氢，Had ＝Habs； （5）氢在相的稀固态溶液中扩散； （6） 相转变为相， Habs()＝Habs()； （7）氢在氢化物（ ）中扩散。
24
第一节 金属的贮氢原理 合金的吸氢反应机理
25
第一节 金属的贮氢原理
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。
1 2 pH 2
H M
17
第一节 金属的贮氢原理 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。
18
第一节 金属的贮氢原理
金属材料之储氢材料ppt课件
p
2 H
2
H M
A一B:为吸氢过程的第二步，固溶体进一步与氢反应，
产生相变，形成金属氢化物;
B点以后：为第三步，氢溶入氢化物形成固溶体，氢压
增加。
提高温度，平台压力升高，但有效氢 容量减少
.
21
p-c-T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
少氢(％)和任一温度下的分解压力值。 p-c-T曲线
动植物的生存！！！
人类的出路何在？－新能源研究势在必
行！！！
.
2
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。
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。
.
3
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。
缺点：
氢吸、放动力学性能差：释放温度高， 250℃以上，反应速度慢，氢化困难
抗蚀能力差，特别是作为阴极贮氢合
金材料。
.
31
⑵稀土系合金
以LaNi5 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Philips实 验室首先研制
. 初期氢化容易, 反应速度快, 吸-放氢性能优良, 20℃ 时氢分解压仅几个大气压. 但是镧价格高, 循环退 化严重,易粉化.
储氢合金及应用PPT课件
尘和有害气体 → 清洁能源 • 氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高，
(1.21-1.43)X105kJ/kg•H2，是汽油发热值的3倍，焦炭发热 值的4.5倍
可编辑课件
4
• 氢的燃烧性能好，点燃快，可燃范围宽，燃点高，燃烧速 度快
• 在所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热 系数高10倍，是极好的传热载体
可编辑课件
16
家庭用氢前景图
可编辑课件
17
复合能源系统： • 氢作为储能介质 → 太阳能-氢能系统 • 阳光充足的夏季和白天 → 光发电电解水制氢，通过储氢
材料储氢，太阳能 → 转化成氢的化学能 • 夜晚和冬季 → 利用氢运行燃料电池，或氢气的其它利用
可编辑课件
18
太阳能－氢能系统的结构概念图
可编辑课件
19
（3）储氢材料
储氢材料： • 能在适当的温度和压力下，大量可逆地吸收、释放氢的材
料 • 储氢材料可大致地分为三大类：金属储氢材料、非金属储
氢材料、有机液体储氢材料 • 是氢能系统中作为氢储存与输送载体的重要候选材料 →
成为氢能技术开发中的关键材料之一 • 储氢材料的研究开发与应用已成为国内外的热门研究课题
（hydrogen storage and transportation）、氢的利用 （hydrogen utilization）三大关键系统 • 每个系统都在发展各自的相应技术
可编辑课件
9
制氢技术： • 化石燃料制氢，以煤、石油或天然气等作原料制氢，产量
大，效率高，但伴有大量CO2排放 • 水分解制氢，可通过电解、热化学循环分解、光化学分解
大量氢气，当提高温度或减压时，放出氢气 • 吸氢量一般均大于金属储氢材料，可达4-10wt.%
(1.21-1.43)X105kJ/kg•H2，是汽油发热值的3倍，焦炭发热 值的4.5倍
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4
• 氢的燃烧性能好，点燃快，可燃范围宽，燃点高，燃烧速 度快
• 在所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热 系数高10倍，是极好的传热载体
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家庭用氢前景图
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复合能源系统： • 氢作为储能介质 → 太阳能-氢能系统 • 阳光充足的夏季和白天 → 光发电电解水制氢，通过储氢
材料储氢，太阳能 → 转化成氢的化学能 • 夜晚和冬季 → 利用氢运行燃料电池，或氢气的其它利用
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太阳能－氢能系统的结构概念图
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（3）储氢材料
储氢材料： • 能在适当的温度和压力下，大量可逆地吸收、释放氢的材
料 • 储氢材料可大致地分为三大类：金属储氢材料、非金属储
氢材料、有机液体储氢材料 • 是氢能系统中作为氢储存与输送载体的重要候选材料 →
成为氢能技术开发中的关键材料之一 • 储氢材料的研究开发与应用已成为国内外的热门研究课题
（hydrogen storage and transportation）、氢的利用 （hydrogen utilization）三大关键系统 • 每个系统都在发展各自的相应技术
可编辑课件
9
制氢技术： • 化石燃料制氢，以煤、石油或天然气等作原料制氢，产量
大，效率高，但伴有大量CO2排放 • 水分解制氢，可通过电解、热化学循环分解、光化学分解
大量氢气，当提高温度或减压时，放出氢气 • 吸氢量一般均大于金属储氢材料，可达4-10wt.%
储氢材料课件
速吸放氢速率和良好平衡的储氢材料能够提高设备的充放氢效率。
储氢材料的性能评估
评估指标
评估储氢材料的性能主要依据其储氢能力、吸放氢速率 、可逆性、稳定性等指标。这些指标可以通过实验测试 获得。
材料筛选
根据实际应用需求，通过对比不同储氢材料的性能指标 ，可以筛选出适合特定应用的储氢材料。
材料改性
为了进一步提高储氢材料的性能，可以通过改性手段对 其进行处理，如表面改性、掺杂改性等，以改善其物理 化学性质。
储氢材料课件
xx年xx月xx日
目 录
• 储氢材料概述 • 储氢材料的性质与性能 • 储氢材料的制备方法 • 储氢材料的研究进展 • 储氢材料的未来发展趋势与挑战 • 结论与展望
01
储氢材料概述
储氢材料的定义
储氢材料是一种能够可逆地吸收和释放氢气的材料。 储氢材料通常具有较高的比表面积、良好的化学稳定性和较低的成本。
提高储氢材料的储氢性能
发展新型高性能储氢材料
研究新型高性能储氢材料的结构和性能，提高储氢材料的储氢 容量和储氢效率。
优化储氢材料的吸放氢性能
通过优化储氢材料的吸放氢性能，实现快速、可逆的吸放氢反应 ，提高储氢材料的实用性和安全性。
研究多尺度储氢材料
从纳米到宏观尺度，研究不同尺度储氢材料的性能和优化方法， 实现多尺度协同优化。
优化储氢材料的合成方法
改进和优化储氢材料的合成方法，实现低成本、大规模、可持续的制备和应用。
解决储氢材料的安全性和环境影响问题
1 2
提高储氢材料的安全性
研究储氢材料的热稳定性、化学稳定性、抗毒 性等安全性能，提高其使用安全性和可靠性。
降低储氢材料的环境影响
研究储氢材料的生命周期评估和环境影响，降 低其对环境的影响，实现可持续发展。
储氢材料综述 ppt课件
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。
ppt课件
9
A2B型
典型代表：Mg2Ni
在1.4 MPa、200℃条件下： Mg2Ni+2H2 ↔Mg2NiH4
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。
ppt课件
12
V和V基固溶体
典型代表：(V0.9Ti0.1)0.95Fe0.05
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
ppt课件
13
金属储氢材料的改良： 改变化学计量 元素替代
7
金属（合金）储氢材料分类：
A5B A2B AB
A元素化 物的吸热型金属
AB2
V和V基固溶体
ppt课件
8
AB5型
典型代表：LaNi5
室温下，与几个大气压的氢反应： LaNi5+3H2 ↔LaNi5H6
储氢量约1.4wt％。
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%
ppt课件
16
硼氢化物
典型代表：LiBH4
LiBH4 ↔LiH+B+3/2H2 （600K） ∆H=69kJ/molH2 放氢量约13.8wt%。
LiBH4中加入LiNH2反应如下： LiBH4+2LiNH2 ↔Li3BN2+4H2 （450K） ∆H=-23kJ/molH2。 放氢量约7.9wt%～9.5wt%。
第四章 储氢材料ppt课件
.
17
❖ 储氢合金中，氢密度极高。金属氢化物的氢 密度与液态氢、固态氢的相当，约是氢气的 1000倍。
❖ 另外，一般储氢合金中，氢分解压较低，所 以用金属氢化物贮氢时并不必用耐压钢瓶。
.
18
4.3 储氢合金的热力学原理
1 储氢过程 在一定温度和压力下，氢可与许多金属、合金和金属 间化合物生成金属固溶体MHx和 MHy,反应分三步进行:
.
7
4.2 贮氢方法
贮氢方法大致分为5种：
液态贮氢 压缩贮氢 有机化合物贮氢 碳质吸附贮氢 金属化合物贮氢
.
8
1 液态储氢
❖ 即把氢气冷却到沸点以下成为液体加以存储。由 于氢气沸点极低(-252.77℃ )，所以，采用这种方法 储氢能耗大，成本高、储氢设备材质要求很高，操 作和使用条件苛刻，大都用于火箭、飞船和卫星发 射等高科技领域。
❖ 活性炭作为特种功能吸附材料具有质轻，对少 量的气体杂质不敏感，并且原料丰富、比表面 积高、且可重复使用，微孔孔容大和容易进行 孔径控制、表面化学修饰和负载金属等优点。
.
13
❖ 但从已有的应用研究证明，各种分子筛和超级活性炭均 达不到美国能源部要求（60kg/m3），近年来人们把研 究重点放在碳纳米管方面。
常用材料为: TiMn1.5 、 MNi5系。
.
43
利用贮氢材料吸收氢的特性，可从氯碱、合成 氨的工业废气中回收氢；可方便而廉价地获取超 高纯H2(99.9999％)，实现氢的净化；还可将难与 氢分离的气体，如氦经济地分离出来，无须惯用 的深冷方法而实现氢的分离。
.
44
4、发展镍氢电池
由于镉有毒，镍镉高容量可再充式电池因废电池处 理复杂已处于被淘汰的阶段。因此金属氢化物镍氢 电池发展迅速，
第四章储氢材料正式版ppt课件
值
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（1） 体积比较
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
▪ (LiAlH4在TiCl3、 TiCl4等催化下180℃ ，8MPa氢 压下获得5％的可逆储放氢容量)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
金属配位氢化物的主要性能
▪ 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
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.2 氢能开发,大势所趋
因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究 中长期探求的目标。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（1） 体积比较
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
▪ (LiAlH4在TiCl3、 TiCl4等催化下180℃ ，8MPa氢 压下获得5％的可逆储放氢容量)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
金属配位氢化物的主要性能
▪ 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
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.2 氢能开发,大势所趋
因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究 中长期探求的目标。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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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。
7
贮氢材料中，氢密度极高，下表 列出几种金属氢化物中氢贮量及其他 氢形态中氢密度值。
8
(1)相对氢气瓶重量
从表中可知，金属氢化物的氢密度与液态氢、
传统的基于液化氢和高压气态氢的储存方法 有很大的弊端。要携带足够行驶400-500km的高压 气态氢，容器必须由能禁受住高达700bar压力的 复合材料制成。如果发生撞车，后果不堪设想； 容器的绝热性对再次充氢不利，对压力进行有效 的控制就更是一个难题。
17
要增加单位体积容器的储氢量，密度为70.8kg/m3 （21K,1atm）的液态氢相对可行，为此必须将氢气冷 却至21K，而该过程消耗的能量相当于储存氢气能量 的三分之一。
21
（一）贮 氢 原 理
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应 2、金属氢化物的能量贮存、转换 3、金属氢化物的相平衡和热力学
22
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应
金属和氢的化合物统称为金属氢化物。
氢化物按它的结构大致分成三类：离子型氢 化物(又叫盐型氢化物)，共价型氢化物(又叫分 子型氢化物)，金属型氢化物。据最新研究,金 属型氢化物在有机合成及作储氢材料方面有重 要用途。例如,1体积钯可吸收700～900体积的 氢气成为金属氢化物,加热后又释放出氢气。
CaH2+2H2O→Ca(OH)2+2H2↑ 在高温下还原性更强，如：
NaH+2CO→HCOONa+C
2CaH2+PbSO4→PbS+2Ca(OH)2
2LiH+TiO2→Ti+2LiOH
24
离子型氢化物可由金属与氢气在不同条件 下直接合成制得。除用做还原剂外，还用做干 燥剂、脱水剂、氢气发生剂，1kg氢化锂在标准 状态下同水反应可以产生2.8m3的氢气。在非水 溶剂中与+Ⅲ氧化态的B(Ⅲ)，Al(Ⅲ)等生成广泛 用于有机合成和无机合成的复合氢化物，如氢 化铝锂：
固态氢的相当，约是氢气的1000倍。
9
另外，一般贮氢材料中，氢分解压 较低，所以用金属氢化物贮氢时并不必 用101.3MPa(1000atm)的耐压钢瓶。
10
可见，利用金属氢化物贮存氢从容积 来看是极为有利的。
但从氢所占的质量分数来看，仍比液 氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难， 尤其体现在对汽车工业的应用上。
为防止形成过高的压力，储氢系统必须是开放的， 于是透过绝热壁的有限热交换会使得每天有2-3%的氢 气蒸发损失，这进一步降低了储存的效率。液氢作为 燃料应用于航天飞机以及一些高速飞机。
目前解决上述问题的最好办法就是将氢气储存在 某种可以快速吸入和释放大量氢气的材料中。
18
贮氢材料的发现和应用研究始于20世纪 60年代，1960年发现镁(Mg)能形成MgH2，其 吸氢量高达(H)＝7.6％，但反应速度慢。
储氢材料
1
第一节 储氢材料
氢能源系统是作为一种储量丰富、无 公害的能源替代品而倍受重视。
如果以海水制氢作为燃料，从原理上 讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极 为有利；
2
如果进一步用太阳能以海水制氢，则 可实现无公害能源系统。
此外，氢还可以作为贮存其他能源的 媒体，通过利用过剩电力进行电解制氢， 实现能源贮存。
因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究 中长期探求的目标。
14
汽车是消耗化石燃料的大户，汽车尾气 对于环境的污染也是尽人皆知。要保护环境， 必须推广氢燃料的汽车。在汽车上应用氢有 两种可能的方式：
一种是在发动机内部与氧气混合燃烧。 其能量转化效率（约25%）受卡诺热机效率所 限，仅比汽油的效率略高。
另一种是通过燃料电池产生电能，能量 转化效率能达到50-60%，约是前者的两倍。 所以现在的氢燃料汽车都倾向于第二种方式。15
11
当今汽车工业给环境带来恶劣的影 响，因此汽车工业一直期望用以氢为能 源的燃料电池驱动的环境友好型汽车来 替代。
12
传统储氢方法与新型材料储氢效率的比较 13
对于以氢为能源的燃料电池驱动汽车来 说，不仅要求贮氢系统的氢密度高，而且要 求氢所占贮氢系统的质量分数要高(估算须达 到(H) =6.5％)，当前的金属氢化物贮氢技术 还不能满足此要求。
19
1964年，研制出Mg2Ni，其吸氢量为 (H)=3.6％，能在室温下吸氢和放氢，250 ℃时放氢压力约0.1MPa，成为最早具有应 用价值的贮氢材料。
20
同年在研究稀土化合物时发现了 LaNi5具有优异的吸氢特性;
1974年又发现了TiFe贮氢材料。 LaNi5和TiFe是目前性能最好的贮氢材料。
对汽车来讲，氢气的存储应当密度高、 轻便、安全而且经济。
一台装有24kg汽油可行驶400km的发动机， 行驶同样的距离，靠燃烧方式需消耗8kg氢， 靠电池供能则仅需4kg氢。而4kg的氢气在室 温和一个大气压下体积为45m3，这对于汽车 载氢是不现实的。
16
目前限制氢燃料汽车推广的最主要因素就是氢 气的储存问题。
3
4
在以氢作为能源媒体的氢能体系中， 氢的贮存与运输是实际应用中的关键。
贮氢材料就是作为氢的贮存与运输媒 体而成为当前材料研究的一个热点项目。
5
贮氢材料(Hydrogen storage materials)是在通常条件下能可逆地大量 吸收和放出氢气的特种金属材料。
6
贮氢材料的作用相当于贮氢容器。
23
1）离子型氢化物也称盐型氢化物。
是氢和碱金属、碱土金属中的钙、锶、钡、镭所形成 的二元化合物。其固体为离子晶体，如NaH、BaH2等。 这些元素的电负性都比氢的电负性小。在这类氢化物中 ，氢以H-形式存在，熔融态能导电，电解时在阳极放出 氢气。离子型氢化物中氢的氧化数为-1，具有强烈失电
子趋势，是很强的还原剂，在水溶液中与水强烈反应放 出氢气，使溶液呈强碱性，如：
4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl
复合氢化物主要用做还原剂、引发剂和催化剂。
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元素周期表中IA族元素(碱金属)和IIA族
元素(碱土金属)分别与氢形成MH、MH2化学 比例成分的金属氢化物。金属氢化物是白色
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贮氢材料中，氢密度极高，下表 列出几种金属氢化物中氢贮量及其他 氢形态中氢密度值。
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(1)相对氢气瓶重量
从表中可知，金属氢化物的氢密度与液态氢、
传统的基于液化氢和高压气态氢的储存方法 有很大的弊端。要携带足够行驶400-500km的高压 气态氢，容器必须由能禁受住高达700bar压力的 复合材料制成。如果发生撞车，后果不堪设想； 容器的绝热性对再次充氢不利，对压力进行有效 的控制就更是一个难题。
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要增加单位体积容器的储氢量，密度为70.8kg/m3 （21K,1atm）的液态氢相对可行，为此必须将氢气冷 却至21K，而该过程消耗的能量相当于储存氢气能量 的三分之一。
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（一）贮 氢 原 理
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应 2、金属氢化物的能量贮存、转换 3、金属氢化物的相平衡和热力学
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1、金属与氢气生成金属氢化物的反应
金属和氢的化合物统称为金属氢化物。
氢化物按它的结构大致分成三类：离子型氢 化物(又叫盐型氢化物)，共价型氢化物(又叫分 子型氢化物)，金属型氢化物。据最新研究,金 属型氢化物在有机合成及作储氢材料方面有重 要用途。例如,1体积钯可吸收700～900体积的 氢气成为金属氢化物,加热后又释放出氢气。
CaH2+2H2O→Ca(OH)2+2H2↑ 在高温下还原性更强，如：
NaH+2CO→HCOONa+C
2CaH2+PbSO4→PbS+2Ca(OH)2
2LiH+TiO2→Ti+2LiOH
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离子型氢化物可由金属与氢气在不同条件 下直接合成制得。除用做还原剂外，还用做干 燥剂、脱水剂、氢气发生剂，1kg氢化锂在标准 状态下同水反应可以产生2.8m3的氢气。在非水 溶剂中与+Ⅲ氧化态的B(Ⅲ)，Al(Ⅲ)等生成广泛 用于有机合成和无机合成的复合氢化物，如氢 化铝锂：
固态氢的相当，约是氢气的1000倍。
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另外，一般贮氢材料中，氢分解压 较低，所以用金属氢化物贮氢时并不必 用101.3MPa(1000atm)的耐压钢瓶。
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可见，利用金属氢化物贮存氢从容积 来看是极为有利的。
但从氢所占的质量分数来看，仍比液 氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难， 尤其体现在对汽车工业的应用上。
为防止形成过高的压力，储氢系统必须是开放的， 于是透过绝热壁的有限热交换会使得每天有2-3%的氢 气蒸发损失，这进一步降低了储存的效率。液氢作为 燃料应用于航天飞机以及一些高速飞机。
目前解决上述问题的最好办法就是将氢气储存在 某种可以快速吸入和释放大量氢气的材料中。
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贮氢材料的发现和应用研究始于20世纪 60年代，1960年发现镁(Mg)能形成MgH2，其 吸氢量高达(H)＝7.6％，但反应速度慢。
储氢材料
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第一节 储氢材料
氢能源系统是作为一种储量丰富、无 公害的能源替代品而倍受重视。
如果以海水制氢作为燃料，从原理上 讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极 为有利；
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如果进一步用太阳能以海水制氢，则 可实现无公害能源系统。
此外，氢还可以作为贮存其他能源的 媒体，通过利用过剩电力进行电解制氢， 实现能源贮存。
因此，高容量贮氢系统是贮氢材料研究 中长期探求的目标。
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汽车是消耗化石燃料的大户，汽车尾气 对于环境的污染也是尽人皆知。要保护环境， 必须推广氢燃料的汽车。在汽车上应用氢有 两种可能的方式：
一种是在发动机内部与氧气混合燃烧。 其能量转化效率（约25%）受卡诺热机效率所 限，仅比汽油的效率略高。
另一种是通过燃料电池产生电能，能量 转化效率能达到50-60%，约是前者的两倍。 所以现在的氢燃料汽车都倾向于第二种方式。15
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当今汽车工业给环境带来恶劣的影 响，因此汽车工业一直期望用以氢为能 源的燃料电池驱动的环境友好型汽车来 替代。
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传统储氢方法与新型材料储氢效率的比较 13
对于以氢为能源的燃料电池驱动汽车来 说，不仅要求贮氢系统的氢密度高，而且要 求氢所占贮氢系统的质量分数要高(估算须达 到(H) =6.5％)，当前的金属氢化物贮氢技术 还不能满足此要求。
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1964年，研制出Mg2Ni，其吸氢量为 (H)=3.6％，能在室温下吸氢和放氢，250 ℃时放氢压力约0.1MPa，成为最早具有应 用价值的贮氢材料。
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同年在研究稀土化合物时发现了 LaNi5具有优异的吸氢特性;
1974年又发现了TiFe贮氢材料。 LaNi5和TiFe是目前性能最好的贮氢材料。
对汽车来讲，氢气的存储应当密度高、 轻便、安全而且经济。
一台装有24kg汽油可行驶400km的发动机， 行驶同样的距离，靠燃烧方式需消耗8kg氢， 靠电池供能则仅需4kg氢。而4kg的氢气在室 温和一个大气压下体积为45m3，这对于汽车 载氢是不现实的。
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目前限制氢燃料汽车推广的最主要因素就是氢 气的储存问题。
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在以氢作为能源媒体的氢能体系中， 氢的贮存与运输是实际应用中的关键。
贮氢材料就是作为氢的贮存与运输媒 体而成为当前材料研究的一个热点项目。
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贮氢材料(Hydrogen storage materials)是在通常条件下能可逆地大量 吸收和放出氢气的特种金属材料。
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贮氢材料的作用相当于贮氢容器。
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1）离子型氢化物也称盐型氢化物。
是氢和碱金属、碱土金属中的钙、锶、钡、镭所形成 的二元化合物。其固体为离子晶体，如NaH、BaH2等。 这些元素的电负性都比氢的电负性小。在这类氢化物中 ，氢以H-形式存在，熔融态能导电，电解时在阳极放出 氢气。离子型氢化物中氢的氧化数为-1，具有强烈失电
子趋势，是很强的还原剂，在水溶液中与水强烈反应放 出氢气，使溶液呈强碱性，如：
4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl
复合氢化物主要用做还原剂、引发剂和催化剂。
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元素周期表中IA族元素(碱金属)和IIA族
元素(碱土金属)分别与氢形成MH、MH2化学 比例成分的金属氢化物。金属氢化物是白色