金属氢化物贮氢技术研究与发展

合集下载

氢的储存与运输

氢的储存与运输

氢的储存与运输氢在一般条件下是以气态形式存在的,这就为贮存和运输带来很大的困难。

氢的贮存有三种方法:高压气态贮存;低温液氢贮存;金属氢化物贮存。

1.高压气态贮存气态氢可贮存在地下库里,也可装人钢瓶中。

为减小贮存体积,必须先将氢气压缩,为此需消耗较多的压缩功。

一般一个充气压力为20MP的高压钢瓶贮氢重量只占1.6%;供太空用的钛瓶储氢重量也仅为5%。

2.低温液氢贮存将氢气冷却到-253℃,即可呈液态,然后,将其贮存在高真空的绝热容器中。

液氢贮存工艺首先用于宇航中,其贮存成本较贵,安全技术也比较复杂。

高度绝热的贮氢容器是目前研究的重点。

现在一种间壁间充满中孔微珠的绝热容器已经问世。

这种二氧化硅的微珠直径约为30~150μm,中间是空心的,壁厚l~ 5μm。

在部分微珠上镀上厚度为1μm的铝。

由于这种微珠导热系数极小,其颗粒又非常细可完全抑制颗粒间的对流换热;将部分镀铝微珠(一般约为3%~5%)混入不镀铝的微珠中可有效地切断辐射传热。

这种新型的热绝缘容器不需抽真空,其绝热效果远优于普通高真空的绝热容器,是一种理想的液氢贮存罐,美国宇航局已广泛采用这种新型的贮氢容器。

近来,将氢气经特殊处理溶解在液态材料中,实现氢能的常态化、安全化应用,甚至用普通矿泉水瓶也能装运,这一愿景正在逐渐接近现实。

中国化工报记者从中国地质大学(武汉)可持续能源实验室了解到,他们开发的液态储氢技术已经完成了实验室阶段的研究,正准备进行大规模中试和工程化试验。

(中试就是产品正式投产前的试验,是产品在大规模量产前的较小规模试验。

企业在确定一个项目前,第一要进行试验室试验;第二步是“小试”,也就是根据试验室效果进行放大;第三步是“中试”,就是根据小试结果继续放大。

中试成功后基本就可以量产了。

)美国氢动力飞机试飞据中国地质大学(武汉)可持续能源实验室主任、国家“千人计划”特聘教授程寒松博士介绍,他带领的团队利用不饱和芳香化合物催化加氢的方法,成功攻克了氢能在常温常压下难以贮存和释放这一技术瓶颈,实现了氢能液态常温常压运输,而且克服了传统高压运输高成本、高风险的弊病,所储氢在温和条件下加催化剂释放后即可使用。

储氢材料的原理解析与研究进展

储氢材料的原理解析与研究进展

氢是一种清洁的可再生能源。

储氢材料作为一种可逆的氢元素存储材料,在现代及未来的应用十分广泛。

对于储氢材料性质的研究,将会更好地推动我国相关研究领域的进步。

随着近年来我国经济的不断发展,能源消耗也在大幅度增加,化石能源储量减少,并产生一系列的环境问题,所以寻找一种安全可靠的绿色清洁能源是必然趋势,而氢元素一直是能源系列中的“宠儿”。

由于氢能是一种可循环利用的清洁能源,将在我国能源转换中扮演重要角色。

近年来,氢能产业从行业圈内逐渐走向大众视野,被认为是具有发展潜力的新型产业。

目前唯一存在的应用问题是氢能源的存储技术问题,为了解决这一问题,储氢材料正式问世,利用金属络合物储存氢能,其质量百分密度较高且具有一定的可逆性,实现了储氢材料的正式应用,而此类材料的具体应用也可以更好地推动相关领域的发展。

氢能的储存方式分析氢能是目前发现的能源体系中储量丰富且无公害的清洁能源,是理想化石燃料替代品,而且氢能在燃烧后的生成物只有水,对我国实现“碳达峰”“碳中和”等目标具有重要意义。

在氢能的应用体系中,氢能的存储制约了氢能走向实用化和规模化。

为了解决这一问题,诞生了储氢材料理念。

目前,有3种主要的储氢方式,分别为高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。

1高压气态储氢高压气态储氢是目前应用广泛、相对成熟的储氢技术,即通过压力将氢气液化至气瓶中加以储存。

该技术的优点在于,其充装释放氢气速度快,技术成熟及成本低。

而其缺点在于:一是对储氢压力容器的耐高压要求较高,商用气瓶设计压力达到20 MPa,一般充压力至15 MPa;二是其体积储氢密度不高,其体积储氢密度一般在18~40 g/L;三是在氢气压缩过程中能耗较大,且存在氢气泄漏和容器爆破等安全隐患问题。

2低温液体储氢为了解决高压气体储氢体积储氢密度低的问题,人们提出了液态储氢的概念,低温液态储氢将氢气冷却至-253℃,液化储存于低温绝热液氢罐中,储氢密度可达70.6 kg/m3,体积密度为气态时的845倍。

AB_2型Laves相贮氢合金的研究进展

AB_2型Laves相贮氢合金的研究进展

AB 2型Laves 相贮氢合金的研究进展张羊换1,2,王国清1,董小平2,郭世海1,任江远2,王新林1(11钢铁研究总院功能材料研究所,北京 100081;21内蒙古科技大学材料学院,包头 014010)基金项目:国家自然科学基金重点项目(50131040),国家自然科学基金项目(50071050)。

作者简介:张羊换(1959-),男,内蒙古鄂尔多斯人,博士,教授;研究方向:贮氢合金。

摘 要:文章主要综述了AB 2型Laves 相贮氢合金的种类及性能特点以及合金化及制备工艺对合金电化学性能的影响。

介绍了AB 2型Laves 相贮氢合金研究的国内外动态及目前达到的水平,对AB 2型Laves 相贮氢合金未来的研究重点及发展方向提出了看法。

关键词:AB 2型Laves 相贮氢合金;电化学性能;制备工艺中图分类号:TG 13917 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2005)04-0025-06Development R esearch of AB 22TypeLaves Phase H ydrogen Storage AlloyZHAN G Yanghuan 1,2,WAN G Guoqing 1,DON G Xiaoping 2,GUO Shihai 1,REN Jiangyuan 2,WAN G Xinlin 1(11Department of Functional Material Research ,Central Iron &Steel Research Institute ,Beijing 100081;21S chool of Material ,S cience and T echnology University of Inner M ong olia ,Baotou 014010,China )ABSTRACT :The category and characteristics of AB 22type Laves phase hydrogen storage alloy and the effects of prepara 2tion technique on the electrochemical performances of the alloys are expatiated comprehensively ,and the present actuality of the investigation on AB 22type Laves phase hydrogen storage alloy and the achieved level are introduced 1S ome opinions on investigation key stones of AB 22type Laves phase hydrogen storage alloy in future are given roughly 1KE Y WOR DS :AB 22type Laves phase hydrogen storage alloy ;electrochemical characteristics ;preparation technique1 引 言贮氢材料是伴随着氢能和环境保护在最近几十年才发展起来的新型功能材料。

储氢材料与方式

储氢材料与方式

储氢材料的研究概况与发展方向随着社会发展、人口增长,人类对能源的需求将越来越大。

以煤、石油、天然气等为代表的化石能源是当前的主要能源,但化石能源属不可再生资源,储量有限,而且化石能源的大量使用,还造成了越来越严重的环境污染问题。

因此,可持续发展的压力迫使人类去寻找更为清洁的新型能源。

氢能作为一种高能量密度、清洁的绿色新能源,氢能的如何有效利用便引起了人们的广泛研究。

目前来看,氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈。

氢能工业对储氢的要求总的来说是储氢系统要安全、容量大、成本低、使用方便。

美国能源部将储氢系统的目标定为:质量密度为6.5%,体积密度为62kgH2/m3。

瞄准该目标,国内外展开了大量的研究。

本文综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料与技术,包括金属氢化物、碳质材料、配位氢化物、水合物,分析了它们的优缺点,同时指出其相关发展趋势。

1 金属氢化物金属氢化物储氢具有安全可靠、储氢能耗低、储存容量高(单位体积储氢密度高)、制备技术和工艺相对成熟等优点。

此外,金属氢化物储氢还有将氢气纯化、压缩的功能。

因此,金属氢化物储氢是目前应用最为广泛的储氢材料。

储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。

储氢合金由两部分组成,一部分为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素(A),它控制着储氢量的多少,是组成储氢合金的关键元素,主要是ⅠA~ⅤB族金属,如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、Re(稀土元素);另一部分则为吸氢量小或根本不吸氢的元素(B),它则控制着吸/放氢的可逆性,起调节生成热与分解压力的作用,如Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等。

图1列出了一些金属氢化物的储氢能力。

目前世界上已经研制出多种储氢合金,按储氢合金金属组成元素的数目划分,可分为:二元系、三元系和多元系;按储氢合金材料的主要金属元素区分,可分为:稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体、锆系等;而组成储氢合金的金属可分为吸氢类(用A表示)和不吸氢类(用B表示),据此又可将储氢合金分为:AB5型、AB2型、AB型、A2B型。

储氢材料产业现状及发展

储氢材料产业现状及发展

高科技与产业化 . 月刊68氢是一种理想的高能量密度的绿色新能源:(1)氢释能后的产物是水,属于清洁能源;(2)氢可通过太阳能、风能等自然能分解水而再生,是可再生能源;(3)氢能具有较高的热值,燃烧氢气可产生1.25×106kJ/kg 热量,相当于3kg 汽油或4.5kg 焦炭完全燃烧所产生的热量;(4)在化工与炼油等领域副产大量氢气,资源丰富。

因此,氢在燃料电池及高能可充放电电池等方面展现了很好的应用前景。

可以预见,未来世界将从以碳为基础的能源经济形态转变为以氢为基础的能源经济形态。

文 / 闫慧忠氢能的开发和利用涉及氢气的制备、储存、运输和应用四大关键技术。

氢的存储是氢能应用的关键技术之一,以金属氢化物形式储氢的稀土储氢合金是储氢领域最成熟的产品,主要用于镍氢电池的负极材料及储氢装置。

稀土储氢合金是镧、铈轻稀土的主要应用领域之一,发展稀土储氢材料产业对于稀土资源的平衡利用具有重要的意义。

储氢材料产业现状及发展在开发和利用氢能的过程中,涉及氢气的制备、储存、运输和应用四大关键技术。

目前储氢技术分为两大类即物理法和化学法。

前者主要包括液化储氢、压缩储氢、碳质材料吸附、玻璃微球储氢、微孔聚合物贮氢等;后者主要包括金属氢化物储氢、无机物储氢、有机液态氢化物储氢等。

以金属氢化物形式储氢的储氢合金具有安全可靠、储氢能耗低、单位体积储氢密度高等优点,其中稀土储氢合金是储氢领域最成熟的产品。

稀土储氢材料应用现状稀土储氢合金主要用于镍氢电池的负极材料及储氢装置。

20世纪90年代初,稀土系LaNi5型储氢电极合金在日本和中国先后实现了产业化。

镍氢电池由于具有能量密度高、循环寿命长、动力学性能良好、环境友好和安全性好等优点而被广泛应用于便携式电子设备、电动工具、混合电动车(HEV)。

就技术水平和安全性看,在各类动力电池中,镍氢电池的综合优势较为明显。

镍氢电池的负极材料为稀土系储氢合金,储氢负极合金是影响电池性能的主要因素之一。

(完整版)镁基储氢材料发展进展

(完整版)镁基储氢材料发展进展

hydride(MgH
) synthesized by controlled reactivemechanical
Oelerich W, Klassen T, Bormann R. Metal oxides as catalysts for improved
sorption in nanocrystalline Mgbased materials. Journal of Alloys and
Deepa等
在环己烯中,通过反应球磨法制备了无烟煤-镁复合材料,
1273 K时析氢量为0.6%,由程序控制温度脱附仪联合质谱仪(TPD-MS)
认为其是由环己烯在球磨过程中脱除的。对球磨制得材料放氢后
结果表明,吸氢过程是可逆的,在室温和常压下快速吸收0.3%~
的氢气,球磨后结构没有完全饱和。卢国俭等[18]利用无烟煤制备微晶碳并
Kwon S, Baek S, Mumm D R. Enhancement of the hydrogen storge
of Mg by reactive mechanical grinding with Ni, Fe and Ti.
Varin R A, Czujko T, Wasmund E B, et al. Catalytic effects of various forms of
基储氢材料的进展
能量高,干净无污染的二次能源已经引起了人们的
,随着“氢经济”(以氢为能源而驱动的政治和经济)时代即将来临,
其中储存问题是制约整个氢能系统应用的关键步骤,在已经探明的储
金属氢化物储氢具有储氢体积密度大、安全性好的优势,比较容易操
运行成本较低,因此,金属氢化物技术的开发与研究近年来在世界各国掀起

储氢材料的研究现状+应化0903+李俊+1505091019

储氢材料的研究现状+应化0903+李俊+1505091019

储氢合金的种类及研究现状(中南大学化学化工学院李俊应化0903班1505091019)摘要:本文主要介绍了储氢合金的种类和研究现状关键字:储氢,合金,能源1.定义20世纪60年代,材料王国里出现了能储存氢的金属和合金,统称为储氢合金(hydrogen storage metal),这些金属或合金具有很强的捕捉氢的能力,它可以在一定的温度和压力条件下,氢分子在合金(或金属)中先分解成单个的原子,而这些氢原子便“见缝插针”般地进入合金原子之间的缝隙中,并与合金进行化学反应生成金属氢化物(metal hydrides),外在表现为大量“吸收”氢气,同时放出大量热量。

而当对这些金属氢化物进行加热时,它们又会发生分解反应,氢原子又能结合成氢分子释放出来,而且伴随有明显的吸热效应。

20世纪70年代,LaNi5和Mg2Ni在荷兰Philips与美国Brookhaven实验室相继被发现具有可逆的吸放氢能力并伴随的一系列物理化学机理变化。

1973年起,LaNi5开始被试图作为二次电池负极材料采用,但由于其循环性能较差,未能成功。

1984年,荷兰Philips公司成功解决了LaNi5合金在循环中的容量衰减问题,为MH/Ni电池发展扫清了最后一个障碍。

2.研究现状能源是国民经济的基础,是人类赖以生产、生活和生存的重要源泉,随着科学技术的进步,人类社会经历了薪柴煤炭和石油三个能源阶段——从未来社会能源结构看人类一方面要面对煤、石油等矿物能源的日益枯竭另一方面又要正视矿物能源所造成的环境污染问题,如酸雨,温室效应等已给人类带来了相当大的危害。

而汽车尾气也成为大气污染的一个主要来源之一,因此寻找一种可替代传统碳氢化合物能源的新能源已成为世界各国科学家毕生奋斗的目标。

氢在宇宙间含量丰富,具有许多特殊的性质是理想的二次能源,氢燃烧能量密度值很高,燃烧后生成水,具有零污染特点,因此对于氢的开发和利用已成为很重要的课题。

氢在常温常压下是一种无色,无味,无臭的气体,其密度为约为空气密度的十四分之一。

储氢材料的发展历程及展望

储氢材料的发展历程及展望

163一、储氢材料的发展煤炭和石油等一次能源随着人类的开发和使用,他们的储存量正在逐渐减少,同时他们的使用也给大气带来的许多破坏,于是人类开始寻找新的能源,太阳能是最环保、最安全的能源,但是太阳能的转换效率却成了难以攻克难关,风能、潮汐能并不适用于每一个地方,存在着很大的局域性,于是氢能的利用成了人们的首要选择,氢能虽然是存储量最丰富的能源之一,可是却不容易存储,储氢材料的发明,让氢能应用于人们生活的各个领域。

世界上最早的氢燃料电池于1839年由英国科学家威廉·格罗夫发明,在铂条上面安装有氢气和氧气的试管,水电解的“逆反应”产生了电流,让电灯亮了起来。

这一发明,我们姑且把这一发明“定义”为储氢材料发展的开端。

但是由于英国正在进行工业革命,这一发明被蒸汽机的光芒所遮盖。

一直到1966年Pebler开发出二元锆基合金,储氢材料才正式登上历史舞台,又间隔了十年,荷兰飞利浦实验室发现了LiNi5合金,紧接着1974年美国科学家又发现了AB钛储氢合金,1975年M.Shaw发现了可循环有机液体作为氢的载体。

紧接着各种储氢合金接踵而来,而储氢合金的性能也越来越优异。

现在已经发现的储氢材料可以分为:金属与合金储氢材料、非金属储氢材料、有机液体储氢材料、配位氢化物储氢材料和其他储氢材料。

储氢材料可用于贮氢材料应用很广,而且仍在不断发展中。

贮氢材料应用最为广泛的领域就是用作可充式电池,我国的内蒙古稀奥科镍氢动力电池有限公司、湖南科力远新能源股份有限公司 、深圳市倍特力电池有限公司、深圳市豪鹏科技有限公司、上海申建新能源股份有限公司 都在大量生产可充电式的镍氢电池,生产的镍氢电池环保、没有记忆效应、能量密度高、循环使用寿命长(可长达500次循环使用)。

贮氢材料还可以用来储制造热泵。

贮氢材料也可制成静态氢压缩机和致冷器。

用贮氢材料制造的压缩机用来做高压状态下的储氢瓶子;空间探测、红外探测系统中的冷源就是采用的储氢材料制成的致冷器,它利用太阳能作为动力能源把,水当作介质。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

作者:陈长聘王启东(浙江大学)【摘要】氢的贮存与输送是氢能利用中的重要环节。

石油化工、合成氨、冶金、电子、电力、医药、食品、玻璃生产、火箭燃料和科学实验等以氢作为原料气、还原气、冷却气或燃料。

由于氢的易燃性、易扩散性和重量轻,因此其贮存与输送中的安全、高效和无泄漏损失是人们在实际应用中优先考虑的问题。

原则上,氢可以以气体、液体、固体(氢化物)或化合物(如氨、甲醇等)的形式贮存与运输。

引言氢的贮存与输送是氢能利用中的重要环节。

石油化工、合成氨、冶金、电子、电力、医药、食品、玻璃生产、火箭燃料和科学实验等以氢作为原料气、还原气、冷却气或燃料。

由于氢的易燃性、易扩散性和重量轻,因此其贮存与输送中的安全、高效和无泄漏损失是人们在实际应用中优先考虑的问题。

原则上,氢可以以气体、液体、固体(氢化物)或化合物(如氨、甲醇等)的形式贮存与运输。

工业实际应用中大致有五·种贮氢方法,即:(1)常压贮存,如湿式气柜、地下储仓;(D高压容器,如钢制压力容器和钢瓶;(3)液氢贮存(真空绝热贮槽和液化机组);(4)金属氢化物方式(可逆和不可逆氢化物);(5)吸附贮存,如低温吸附和高压吸附。

除管道输送外1高压容器和液氢槽车也是目前工业上常规应用的氢气输送方法。

表:列出了一些氢贮存介质的贮氢能力和贮氢密度比较。

显然,液氢具有较高的单位体积贮氢能力,但是装料和绝热不完善造成的蒸发损失可达容器体积的4.5%,所以比较适用于快装快用的场合。

高压容器贮氢,无论单位体积贮氢能力或能量密度均为最低,当然还有安全性差的问题。

金属氢化物贮存和输送氢最大优点是其特有的安全佐和高的体积贮氢密度。

利用金属氢化物贮运氢气涉及到贮氢材料、氢化物工程技术以及贮氢器的结构设计等多方面问题。

本文在扼要回顾有关研究与发展状况的同时,将着重介绍该领域近年来所取得的新的进展。

1金属氢化物贮氢技术原理称得上“贮氢合金”的材料应具有像海绵吸收水那样能可逆地吸放大量氢气的特性。

原则上说,这种合金大都属金属氢化合物,其特征是由一种吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素(A)和另一种吸氢量小或根本不吸氢的元素(B)共同组成。

贮氢合金与氢接触首先形成含氢固溶体(MHx),其溶解度[H]M与固溶体平衡氢压PH2的平方根成正比,即(1)其后,在一定的温度和压力条件下,固溶相MHx继续与氢反应生成金属氢化物,这一反应可写成:(2)根据Gibbs相律,如果温度一定,上式反应将在一定压力下进行,该压力即为反应平衡压力。

式(2)反应是:可逆反应,正向反应吸氢,为放热反应;逆向反应解吸,为吸热反应。

贮氢合金的吸放氢反应与碱金属、碱土金属或稀土金属所进行的氢化反应的主要差别即在于其可逆性。

金属。

氢系的反应相平衡由压力组成的等温线(PC一T)表示。

尸(一T曲线上的平台(相变区)压力即为平衡压力。

该段氢浓度(H/M)代表了合金在T时的有效贮氢容量。

提高反应温度,平衡压力升高而有效氢容量减少。

平衡压力与温度的关系符合Va 丫、.Hoff方程:(3)式中,ΔH°、ΔS°分别为标准烩变量和标准嫡变量,R为气体常数。

平衡压力基本上取决于乙H。

值,后者与合金本身的晶体结构尤其是间隙尺寸和电子结构有关。

由式(3)可见,平衡压力与温度呈指数关系(in尸H:①1/T),这就是说当合金确定后,让其在低温下吸氢,而在高温下解吸,将可获得增压的氢气。

氢分子又是如何进入和以什么形态贮存于合金中呢?已经证实,基于热力学平衡原因或者说氧气在合金表面化学吸附导致的表面分凝,贮氢合金的表面结构不同于内部。

以LaNi5为例,观察到表面层有La(OH)。

和La203的存在而次表面则有顺磁性的Ni颗粒沉淀。

正是由于这些活性Ni的存在,氢分子得以在其上分解为氢原子。

与LaNi5类似,组成贮氢合金日侧的元素一般都起着催化氢分解的作用。

在表面上分解的氢原子是通过界面或疏松的氧化膜扩散进入合金内部并先形成固溶体0相。

以氖代气进行的0相结构中子衍射分析认为,氖位于八面体间隙3f位置上,固溶过程合金除晶格膨胀外,结构保持不变。

相变后形成的氢化物其氢原子是间隙在八面体或四面体间隙位置上,这也由中子衍射实验所证实,但是对具体占据的晶体学位置和p相晶体的对称性上则观点不一。

氢以原子态存在于合金中,正是金属氢化物贮氢技术具有高贮氢体积密度和特有安全性原因所在。

2贮氢合金的研究与发展2.1稀上系贮氢合全(ABs)2.1.1LaNi5系合金2.1.2MmNi5系合金。

2.1.3MINi5系合金2.2钛系合全(AB和AB2)2.2.1TiFe系合金(AB型)作者近期为开发贮氢量大、重量轻的燃料电池用氢源合金,研究了(Ti-Zr)(Mn-Cr-V)2、(Ti-Zr)(Mn-Cr-V-Fe)2和(Ti-Zr)(Mn-Cr-V-Ni)2系列贮氢合金。

优化出的新合金,其室温吸氢量均大子230m1/g,放氢量大于210ml/g。

该系合金由于A侧Zr元素过量(非正份),显著改善了合金的活化性能,而以V-Fe代V则使成本进一步降低。

3金属氢化物工程应用关键技术研究贮氢材料在吸放氢循环过程中发生粉化,在气流驱动下粉未会逐渐堆积形成紧实区,既增加了氢流动阻力也会导致容器变形甚至破坏;而氢化物粉未导热性很差,使反应器内部热量传输缓慢,降低材料的吸放氢速率,所以改善和提高氢化物粉体床的传热、传质性能是氢化物工程技术研究的重要一环。

改善传热传质的研究工作主要集中在制备复合贮氢材料及容器(热交换器)优化设计方面,已经试验和发展了各种技术。

3.1中毒氢化物与不吸氢金属粉压制的贮氢复合材料早期,研究了贮氢合金粉直接与不吸氢的A1、Cu、Ni、Pd或焊料等粉未混装或压制成块状的复合材料,但试验失败了。

究其原因是压块没有保留足够的孔隙,为合金吸氢膨胀提供空间。

后来,以色列工业大学研究了颇具创造性的“中毒法”,即先让合金粉吸氢膨胀而后再压制,其过程的核心是合金氢化后导入SO2或CO使氢化物中毒,以保留吸氢体积膨胀状态,而后再行压块。

一次中毒制得的压片循环寿命提高到100次(不碎裂),但因中毒不够,氢化物不饱和,未能达到更佳效果。

作者发展了“二次中毒法”,先以H2-SO2混合气体接触毒害而后再以纯SO2继续毒害,结果压片经1000次循环不碎裂,但是贮氢容量损失了约15%。

3.2真空烧结多孔贮氢复合材料上述中毒法虽解决了膨胀状态下的压块方法,但过程繁琐。

浙江大学提出和试验了添加造孔剂以造就孔隙的新方法。

由合金粉、导热粉和造孔剂按一定配比混合、压制成块,再经烘烤和烧结除去造孔剂,制成的压块孔隙率达到30-40vol%,试验表明,压片能经受1000次循环而不产生任何裂纹,存在的不足也是贮氢量损失问题。

3.3铀铜压块复合贮氢材料3.4与塑料或液体溶剂混合组成的浆料复合材料先前试验过包括聚氨脂、氯化物、丙酮、硅橡胶、硅油、正十一烷、正辛烷等塑料或有机溶液组成的复合材料浆料床。

添加塑料一类的复合材料大都因降低传热和吸放氢速度而被否定,然而将贮氢金属置入有机溶液中成为浆料则不存在这一问题。

初期研究表明,该法不仅可以克服固态料床中贮氢合金反复吸放氢粉化造成的诸如粉未堆积、堵塞管道、胀破容器和传热差等一系列问题,而且可以通过泵送构成流态化连续生产。

浙江大学在完成有机溶液(硅油与清洗煤油)吸放氢性能实验研究的基础上,设计并建立了一套产能为30Nm3/h的贮氢金属浆料回收合成氨排放气中氢的中间试验系统,所用贮氢合金为MINi4.75A10.25,溶剂采用清洗煤油,系统在常温下操作。

初步试验表明,在适宜的操作条件下,氢回收率可达72%以上,产品氢纯度达到95%以上,而贮氢材料利用率由过去气一固反应技术装置的约0.035Nm3/hkg提高到约1.2Nm3/hkg。

3.5分隔床和直接混装技术把氢化物床分隔成许多独立的小单元,把粉未流动限制在较小区域内”也能有效地防止氢化物容器的变形与开裂。

美国I.Sheft设计的HYCSOC容器,用铝制小盒内盛装泡沫铝与合金粉复合材料,每一小盒为一独立单元并以中心导管连通,该法既能防止粉未流动,又确保良好传热特性,但是成本很高,经济适用性不够。

从许多成功的技术中得到启示,只要复合粉体料中具备有能阻止粉未流动和改善传热性能的骨干并且又保持有足够的孔隙(膨胀空间),那么,这种复合材料必定能取得好的效果。

浙江大学开发的一种以铝屑替代铝粉与合金粉混合直接装入容器的成功实验证明了这一分析是正确的。

铝屑是由铝棒经振动切削制成,其外形呈三维曲面,所提供的膨胀空间及阻止粉未流动的作用显著优于铝粉。

该技术由于经济、简便,已经在各种氢化物贮运装置中广泛应用。

北京有色金属研究总院研究了另一种直接混装方法。

它是由一种导热纤维与合金料粒混合而后分层装填(每一料层还添加导热纤维)。

研究认为,该法能有效防止粉层迁移和粉未板结并提高传热性能。

随后,他们对该技术又作了改进,即在反应管中心增设了发泡金属导管,效果更佳。

4金属氢化物贮氢装置的开发贮氢材料是一种高密度贮能材料,也是一种功能材料。

目前已涉及的应用领域包括氢的贮存与输送、氢的提纯、氢的分离与回收、氢的压缩、氢及其同位素的吸收与分离、电化学(二次电池、燃料电池)、化工催化、能量转换(蓄热、制冷、空调、取暖、热机)以及燃氢汽车等许多领域。

在上述氢化物工程技术应用中,主要是利用贮氢合金所具有的下列一些特性:选择性吸氢特性;原子态方式贮存的高密度贮氢;吸氢放热与放氢吸热的热效应;碱液中的电化学吸放氢及电催化活性;氢同位素分离效应以及氢平衡压力与温度的指数关系等。

氢的贮存与输送是氢能利用系统中的重要环节,可逆吸放氢气的贮氢合金一问世,人们便把工程应用目标首先集中于氢化物贮氢装置的开发。

4.1固定式贮氢装置作为固定式贮氢器其服务场合多种多样,容量则以大中型为主。

早先美国布鲁克海文国家实验室(BNL)开发的中型固定式贮氢器,用400kgTiFe0.9Mn0.1合金,吸氢用30°C冷水,放氢用50°C温水,在5-10小时内可吸收和释放23kg氢。

之后他们又研制出260m3的贮氢器,使用1700kg同类合金。

日本大贩工业试验所(GIRIO)开发的单元层叠式固定装置,使用MmNi4.5Mn0.5贮氢合金106kg,贮氢量为16Nm3,吸氢温度~15℃,放氢用75C温水,迄今,研制的最大容量装置是欧共体发起,德国HWT制造的氢容量2000Nm’的装置。

它由32个独立贮罐并联,每贮罐又由许多单管列管组成,使用TiMn2型多元合金,工作压力为5MPa。

浙江大学开发的固定式装置主要用于氢气精制和氢气化学热压缩。

其中之一为连续提供高压(~15MPa)、高纯(6N)氢气的固定式机组,反应器内装(MmCaCu)(NiAl)5增压型贮氢合金,每台贮氢容量各为50Nm3,通过切换达到每小时连续提供24Nm3高纯高压氢气。

相关文档
最新文档