储氢材料概述详解
储氢材料课件
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。
储氢材料简介精选课件 (一)
储氢材料简介精选课件 (一)
储氢材料是一种用于储存氢气的材料，是未来氢能源发展的重要组成部分。
因为氢气是一种很容易燃烧的气体，而且能量密度高，因此储氢材料的研发和应用对于氢能源的发展具有重要意义。
本文将为大家介绍一些储氢材料的基本信息和特点。
一、金属储氢材料
金属储氢材料是最早被研究和应用的储氢材料之一。
金属储氢材料的优点是氢气吸附能力强，氢气释放速率高，储氢量大。
但其缺点也是显而易见的，金属储氢材料本身质量较大，不便于携带和使用。
二、碳基储氢材料
碳基储氢材料是一种储氢材料，其基本原理是将氢气吸附在碳材料表面上。
其优点是储氢量大，可重复使用，成本低廉，但其缺点也非常明显，碳基储氢材料的反应速率较低，吸氢量和释氢量不稳定。
三、氮杂环化合物储氢材料
相比于其他储氢材料，氮杂环化合物储氢材料的储氢量更高。
其优点是储氢量大，对氢气的吸附和释放速度快，但其缺点也很明显，需要高温和高压环境才能实现氧化物的还原或者还原氧化物。
四、化学储氢材料
化学储氢材料是利用化学反应将氢气储存在其内部的储氢材料。
其优点是原料易得，储氢周期长，但其缺点也非常明显，从化学反应的角
度来看，储氢和释氢的过程较为复杂，容易发生不可逆反应，因此化学储氢材料在实际应用中存在一定的难度。
总之，储氢材料的研究和应用是未来氢能源发展的重要组成部分。
通过对现有储氢材料的研究和开发，实现氢能源的可持续发展。
储氢材料详细资料大全
储氢材料详细资料大全储氢材料(hydrogen storage material)一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。
最早发现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。
基本介绍•中文名：储氢材料•外文名：hydrogen storage material•时间：20世纪70年代以后•不同储氢方式：气态、固态、液态•常见材料：合金、有机液体以及纳米储氢材料•要求：安全、成本低、容量大、使用方便储氢材料简介,储氢方式,气态储氢,液态储氢,固态储氢,存在问题,常见储氢材料,储氢材料简介储氢材料（hydrogen storage material）随着工业的发展和人们物质生活水平的提高,能源的需求也与日俱增。
由于近几十年来使用的能源主要来自化石燃料(如煤、石油和天然气等),而其使用不可避免地污染环境,再加上其储量有限,所以寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。
氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体,正引起人们的广泛关注。
氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视,以期在21世纪中叶进入“氢能经济(hydrogen economy)”时代。
氢能利用需要解决以下 3 个问题:氢的制取、储运和套用 ,而氢能的储运则是氢能套用的关键。
氢在通常条件下以气态形式存在, 且易燃、易爆、易扩散,使得人们在实际套用中要优先考虑氢储存和运输中的安全、高效和无泄漏损失,这就给储存和运输带来很大的困难。
储氢方式气态储氢气态存储是对氢气加压，减小体积，以气体形式储存于特定容器中，根据压力大小的不同，气态储存又可分为低压储存和高压储存。
氢气可以像天然气一样用低压储存，使用巨大的水密封储槽。
该 ... 适合大规模储存气体时使用。
由于氢的密度太低，套用不多。
气态高压储存是最普通和最直接的储存方式，通过高压阀的调节就可以直接将氢气释放出来。
普通高压气态储氢是一种套用广泛、简便易行的储氢方式 ,而且成本低, 充放气速度快 , 且在常温下就可进行。
储氢材料分类
储氢材料分类目前储氢材料有金属氢化物、碳纤维碳纳米管、非碳纳米管、玻璃储氢微球、络合物储氢材料以及有机液体氢化物。
下面仅就合金、有机液体以及纳米储氢材料三个方面对储氢材料加以介绍。
一,合金储氢材料储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物,其原理是金属与氢形成诸如离子型化合物、共价型金属氢化物、金属相氢化物-金属间化合物等结合物,并在一定条件下能将氢释放出来。
合金作为储氢材料要满足一定的要求,首先其氢化物的生成热要适当,如果生成热太高,生成的氢化物过于稳定,释放氢时就需要较高的温度.而如果生成热太低,则不易吸收氢。
其次形成氢化物的平衡压要适当,最好在室温附近只有几个大气压,便于吸放氢,而且要吸放速度快，这样才能够满足实际应用的需求。
另外合金及其氢化物对水、氧和二氧化碳等杂质敏感性小，反复吸放氢时，材料性能不至于恶化。
而且，储氢材料的氢化物还要满足在存储与运输过程中性能可靠、安全、无害、化学性质稳定等条件。
现在已研究的并且符合上述要求的有镁系、稀土系、钛系和锆系等。
在上述储氢材料中，镁系储氢合金具有较高的储氢容量，而且吸放氢平台好、资源丰富、价格低廉，应用前景十分诱人。
镁可直接与氢反应,在300—400℃和较高的压力下, 反应生成Mg和H2反应生成MgH2: Mg + H2= MgH2 △H=-74.6kJ/mol。
MgH2理论氢含量可达7.6% , 具有金红石结构, 性能较稳定, 在287 ℃时分解压为101.3kPa。
由于纯镁的吸放氢反应动力学性能差, 吸放氢温度高, 所以纯镁很少被直接用来储存氢气，为此人们又开始研究镁基储氢合金材料。
到目前为止, 人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。
二，液态有机物储氢材料有机液体氢化物贮氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应, 即加氢和脱氢反应来实现的。
加氢反应时贮氢,脱氢反应时放氢, 有机液体作为氢载体达到贮存和输送氢的目的。
储氢材料
金表面发生吸附作用，同时其 H—H键解离，变为氢原子；而 后氢原子就与金属反应，生成 金属氢化物MHx，从而达到储 氢的目的。
Hydrogen on 四面体晶格中—H2 Tetrahedral Sites
Hydrogen on 八面体晶格中—H2 Octahedral Sites
吸附——碳纳米管(CNT)
储氢材料
H2的优点：
H2 普遍存在——资源丰富 H2 热值高——能量转化率高 H2 氧化成H2O——环保
应用瓶颈：
安全高效的储氢技术
讲解要点：
储氢材料的定义 储氢材料的分类
储氢材料的应用
储氢材料的定义
H2 H2 H2
吸收
H2 H 2 H2
储氢材料 :(hydrogen storage material)
是能可逆地吸收和释放氢气的材料。
储 氢 材 料 的 分 类
传统 储氢材料
液化罐 高压 罐 储氢金属 有机液体储 氢 储氢配合物 碳纳米管 超级活性碳 微孔聚合物 By Laura
化学储氢材料
吸附储氢材料
传统——液化罐
加 压 液 化
第三级火箭燃料
化学——储氢金属
M + H2
x 2
MHx
其储氢机理为：首先H2在合
在碳纳米管发生物理吸附，氢 以H2的形式存在。根据构成管 壁碳原子的层数不同，碳纳米 管可分为单壁纳米碳管(SWNT) 和多壁纳米碳管(MWNT)。
单壁纳米碳 管TEM照片
多壁纳米碳 管TEM照片
储 氢 材 料 的 应 用
“固态氢”的储存与运输
空调制冷与热泵 热传感器
真空技术 氢化物—镍电池
金属材料之储氢材料
储氢材料通过物理吸附或化学反 应的方式储存氢气，具有高容量 、高纯度、低成本等优点。
储氢材料的分类
根据储氢原理，储氢材料可分为 物理吸附储氢和化学反应储氢两
类。
物理吸附储氢材料主要利用材料 表面的物理吸附作用储存氢气， 具有较高的储存密度和安全性。
化学反应储氢材料通过化学反应 将氢气储存于材料的化学键中， 具有较高的储存容量和较低的成
02 金属储氢材料的特性
金属储氢原理
金属与氢气发生反应，通过物理吸附或化学键合的方式将氢气储存于金属材料中。
金属储氢过程中，氢气与金属原子之间相互作用，形成稳定的金属氢化物。
金属储氢的原理主要基于金属的化学性质和晶体结构，不同的金属具有不同的储氢 能力和特性。
金属储氢材料的优点
01
02
03
高储氢密度
燃油效率和环保性能。
汽车热能回收
03
金属储氢材料可以吸收和释放大量的热能，可用于汽车热能回
收和利用。
感谢您的观看
THANKS
降低成本和提高安全性
成本
金属储氢材料的成本较高，限制了其 大规模应用。通过降低材料成本、优 化制备工艺和提高回收利用率，可以 降低金属储氢材料的成本。
安全性
金属储氢材料在充放氢过程中存在一 定的安全隐患。因此，提高金属储氢 材料的安全性是当前面临的重要挑战。 通过改进材料结构和控制反应条件， 可以降低安全风险。
材料复合化
金属间化合物
多层复合材料
通过控制金属元素的配比和合成条件， 制备具有优异性能的金属间化合物储 氢材料。
将不同种类的金属储氢材料进行多层 复合，利用各层材料的优点实现优异 的综合性能。
纳米复合材料
将金属储氢材料与纳米尺度的其他材 料（如碳纳米管、陶瓷颗粒等）进行 复合，以提高材料的储氢性能和机械 强度。
储氢材料
2.2.1 碳纳米管储氢材料简介
碳纳米管(CNTs，Carbon Nanotubes )是一种主要由碳
六边形弯曲处为碳五边形和碳七边形组成的单层或多层纳米
管状材料。
1991年日本NEC公司的Iijima教授最先发现了碳纳米管。
碳纳米管分为单壁碳纳米管（SWNT）和多壁碳纳米管
（MWNT）。
b.熔体冷却条件
冷却类型：正常冷却（NC）
快速冷却（FC） 迅速淬冷（RQ） 部分RQ合金在950°C下退火12h（RQ/HT）
高 倍 率 放 电 效 率 70
68
67 64
（ 5c\0.2c
60 RQ/HT
冷却速度对电极的高倍率放电效率（HRDE）的影响
2.2 碳纳米管材料
氢化物
吸氢量/%(质量)
AB5
LaNi5 MmNi5 CaNi5 Ti1.2Mn1.8 TiCr1.8 ZrMn2 ZrV2 TiFe Mg2Ni
AB2
AB A2B
2.1.2 金属储氢材料的制备及研究方法
制备方法
传统熔炼法
氢化燃烧合成法 （HCS法）
还原扩散法
传统熔炼法
原材料 表面清理 感应熔炼
MOF-5的吸附等温线78K
MOF-5的吸附等温线298K
温度、压力对其储氢性能的影响
2.4 有机液体储氢
2.4.1 有机液体储氢材料简介
有机液体氢化物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一
对可逆反应,即加氢反应和脱氢反应实现的。加氢反应实现 氢的储存(化学键合),脱氢反应实现氢的释放。不饱和有机 液体化合物做储氢剂,可循环使用。
性能检测 注：虚线框为不一定处理工序
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。
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2.20TiFeH1.04 + H2 → 2.20TiFeH1.95 ( phase )
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
PCT curves of TiFe alloy
TiFe(40 ℃)
16
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
镁系
典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验 室首先报道
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
19
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
接上图
20
Seminar I
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3.2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℃ ，
2.1 体积比较
4
Seminar I
Fuel Cell R&amrage capacity (wt%)
0 1 2 3 4 5
LaNi5H6
1.4wt%
per weight
TiFeH1.9
1.8wt%
Mg2NiH4
3.6wt%
Carbon nanotube (RT,10MPa 氢压)
8MPa氢压下获得5％的可逆储放氢容量)
21
金属配位氢化物的的主要性能
℃
22
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
四 储氢材料的应用
氢的贮存与运输 燃氢汽车 金属氢化物热泵 热- 机械能转换 氢的分离、回收与净化 用作催化剂 MH 作为催化剂主要用于合成氨、有机化合物 的加氢、脱氢等反应中。
Hydrogen on Tetrahedral Sites
Hydrogen on Octahedral Sites
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
储氢合金材料特性
储氢量大，能量密度高（组分-压力曲线 宽而平坦，且滞后小） 吸氢和放氢速度快 反应热小，温度适宜、离解压适中 容易活化（储氢合金第一次与氢反应） 化学稳定性好，不易中毒
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
四 储氢材料技术现状
4.1 金属氢化物 4.2 配位氢化物
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
4.1 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
11
Seminar I
0 1 2 3 4
4.2wt%
5
Hydrogen storage capacity (wt%)
5
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
三 金属氢化物储氢原理
反应可逆 M + x/2H2 Abs. MHx - Q 氢与碱金属、碱土金属反应，形成离子型氢化 物，白色晶体，氢表现为H-，生成热大，反应 不可逆，不适宜于氢的储存 过渡金属与氢反应，形成金属氢化物，反应可 逆，氢表现为H-与H+之间的中间特性，具有储 氢功能 合金氢化物具有更高的储氢功能
12
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
PCT curves of LaNi5 alloy
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
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
1
二、不同储氢方式的比较
气态储氢：
1) 2)
能量密度低 不太安全 能耗高 对储罐绝热性能要求高
液态储氢：
1) 2)
2
二、不同储氢方式的比较
固态储氢的优势：
1) 2) 3) 4)
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
3
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
Fuel Cell R&D Center
稀土镧镍系储氢合金
典型代表：LaNi5 ,荷兰Philips实验室首先研制 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
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
Seminar I
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一 氢能储存方法
氢气储存有物理方法和化学方法
物理法：液氢储存、高压氢气储存、玻璃微球储存、 地下岩洞储存、活性炭吸附储存、碳纳米管储存 化学法：金属氢化物储存，有机液态氢化物储存 （用萘-萘烷或者苯-环己烷作为储存运输氢气的载体： 在100-150℃，0.1-0.3MPa和镍催化，萘、苯转化为 萘烷、环己烷。在使用场合萘烷、环己烷在250370℃，0.1MPa和铂催化下，转化为萘、苯，同时释 放出氢气）、无机物储存、氢化铁吸附储存
储氢容量高 资源丰富 价格低廉 放氢温度高（250－300℃ ） 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
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Seminar I
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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 应用：氢汽车储氢、电池负极
实际使用时需对合金进行表面改性 处理
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Seminar I
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TiFe alloy
Characteristics:
two hydride phases;
phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 ) 2.13TiFeH0.20 + H2 → 2.13TiFeH1.04 ( phase )
23
6
Des.
Seminar I
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金属—氢体系相平衡等温相图
α相：氢原子进入金属晶
格空隙，形成共溶体
β相：储氢合金中氢浓度
显著增加，而氢压几乎不变， 生成金属氢化物
γ相
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
Position for H occupied at HSM