110569碳纳米管储氢1
碳纳米管储氢技术
碳纳米管储氢技术【摘要】碳纳米管储氢技术是一种新型的氢气存储技术，具有很大的潜力应用于能源领域。
本文首先介绍了碳纳米管的结构特点，包括其纳米级管状结构和优异的导电性能。
然后探讨了碳纳米管在储氢技术中的应用，包括其高效的氢气储存能力和提高氢气释放速率的作用。
接着分析了碳纳米管储氢技术的优势，如其轻量化、高效储氢和可再生的特点。
同时也指出了碳纳米管储氢技术所面临的挑战，包括制备成本高、氢气吸附能力需要进一步提高等问题。
最后展望了碳纳米管储氢技术的发展前景，强调了其在可再生能源和清洁能源领域的重要性和应用前景。
碳纳米管储氢技术有望成为未来氢能源领域的研究热点，为推动低碳经济发展做出贡献。
【关键词】碳纳米管、储氢技术、结构特点、应用、优势、挑战、发展前景、重要性、应用前景1. 引言1.1 碳纳米管储氢技术概述碳纳米管储氢技术是一种新兴的清洁能源技术，被广泛应用于储氢和氢能的领域。
随着全球能源问题的日益突出，碳纳米管储氢技术的研究和发展变得尤为重要。
碳纳米管具有独特的结构特点和优异的性能，在储氢技术中表现出很大潜力，可以有效解决氢能源储存和运输中的难题。
由于碳纳米管具有高比表面积、优异的导电性和热导性等特点，使得其成为理想的储氢材料之一。
碳纳米管储氢技术也面临着一些挑战，如储氢效率不高、安全性问题等，需要进一步的研究和改进。
未来，随着碳纳米管储氢技术的不断发展和完善，将有望在氢能领域发挥重要作用，并为推动清洁能源的发展做出重要贡献。
2. 正文2.1 碳纳米管的结构特点碳纳米管是一种具有独特结构特点的碳材料，其主要特点包括以下几个方面：1. 结构单一性：碳纳米管通常具有空心的圆柱形结构，其直径在数纳米至数十纳米之间，长度可达数微米至数毫米，其内部空腔可以容纳氢气等气体分子。
2. 高比表面积：碳纳米管表面积巨大，因其多孔结构使得其比表面积极高，有利于氢气分子在其表面吸附和储存。
3. 高强度和柔韧性：碳纳米管具有极高的机械强度和柔韧性，能够承受高压下的氢气吸附与脱附过程，从而提高储氢效率。
碳纳米管储氢的研究
第２ ７卷 第 ３ 期
２１ ０ ０年 ５月
河 北
工 业 科 技
Ｖｏ ． ７． ． Ｉ２ ＮＯ ３
Ｍａ ｙ ２０１ ０
Ｈｅ ｅ Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｕ ｔｉ ｌ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｂ ｉ ｏ ｒ ａ ｆＩ ｄ ｓ ｒａ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ
分析展 示 出碳 纳米管储 氢具有 良好 的应 用前景 ， 以后 研 究 面 临的 非 常重要 的 问题 就是 要 实现 其 常
温 、 当压 力 下 大 量 储 氢 。 适
关键 词 ： 氢能 ； 纳米 管； 氢 碳 储 中 图分类号 ： ６ ７ ３ ０ ４ ． 文献标 志码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ｔ ｙ ｒ ｇ ｎ ｓ ｏ ａ ｅ ｉ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ —ｕ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｏ ｈ ｄ ｏ ｅ ｔ ｒ ｇ ｎ ｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｔ ｂ ｓ
碳纳米管—储存氢气
Байду номын сангаас
3)化学气相沉积法(CVD法) CVD法是通过烃类(如甲烷、乙烯、苯等)或 含碳氧化物(如CO等)在催化剂(如过渡族金 属Fe、Co、Ni、Cr、Cu等)作用下裂解并重 构而制备CNTs的方法。1993年，Yacaman 以2．5％Fe／石墨颗粒为催化剂、乙炔为 碳源，首次针对性的采用该方法合成出长 度509m、直径和结构与TOima报道结果相 当的MWNTs。
25.7 0 3.3 29 12.2*
35 0 18.2 21.74 16.3
*未计算重整系统的质量。
各种储氢方法的体积比较
常规 汽油 燃料体积(L) 20 甲醇 液氢 压缩储氢 (306kg/cm2) 128.8 金属储氢合金 （2%） 58 纳米碳储氢 (8%) 47.89
32
50
储罐体积(L)
碳纳米管吸附氢的优点与缺点可归纳如 下：
优 点 缺 点
储氢能力大，可达9.9 wt% 吸附速率快，数小时内完成 室温吸附， 解吸速率快，数十分钟内完 成 可直接获得氢气，不需重整 器，使用方便
吸附压力须 100kg/cm2 钢瓶的体积和质量 仍较大 目前价格较高
展望
常用的储氢方法及其优缺点
储氢方法 压缩气体 液氢 金属氢化物 优点 缺点 运输和使用方便、 压力高，使用和运输有危险；钢 可靠 瓶的体积和重量大，运费较高 储氢能力大 储氢过程储氢能耗大，使用不方 便
运输和使用安全 储氢量小，金属氢化物易破裂
宝马旗下的研发部门-BMW Group Forschung und Technik，展示的一 款新型的车用储氢罐的原 型。这个新型液态氢储存 罐由复合材料构成。
碳纳米管吸附储氢及其储氢量影响因素浅析
碳纳米管吸附储氢及其储氢量影响因素浅析文滔，王震（南京大学化学化工学院江苏南京210093）摘要：本文在简单介绍传统储氢方式的储氢机理，并对它们的优缺点进行了比较说明的基础上，着重对碳质纳米材料储氢机制、储氢量影响因素进行了浅析，并对今后碳质储氢的科研方向做了展望分析。
关键词：储氢；碳质；碳纳米管；储氢机制；展望1.1研究背景如今，经济高速发展，化石能源大量消耗，导致的环境问题以及能源短缺的问题日益严重。
能源问题与社会高速发展需求之间的矛盾日益突出。
氢气是一种洁净的二次能源，它来源广泛，能源转化方便而效率高，对环境的污染小，能够循环再生等，逐渐成为人类未来的理想的能源载体。
如今，在氢能源开发利用方面，存在着两大难题，一是氢气的规模化制取，二是氢气的存储。
其中，储氢是氢能实现规模应用的基础。
然而，缺少方便有效的储氢材料和储氢技术，直接导致了氢能广泛应用受阻。
因此，要实现氢气作为能源载体的应用，必须解决氢的储存问题。
传统的液态、固态形式的储氢或高压气瓶储氢既不经济又不安全。
储氢合金的出现为氢的出现开辟了一条新的途径。
有机液体氢化物的储存技术以其储氢量大、能量密度高、储存安全方便等优点引起了很多国家的关注，被认为是未来储运氢能的有效手段之一。
近期，由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和纳米碳材料进行除氢成为新的研究热点。
2.1 传统储氢材料与储氢技术本文对几种主要的储氢材料的性能及其发展加以介绍、讨论。
从而更好地将传统储氢方式与本文将要浅析的碳纳米管储氢方式做比较。
1.离子型氢化物离子型氢化物事一种早期的储氢材料。
其储氢原理是：碱金属与氢反应生成离子型氢化物，这种氢化物受热又可分解放出氢气。
离子型氢化物一般只用作还原剂和少量供氢，特别是在水下应用，由于气体产物只有氢气而具有的独特的应用优点。
但在规模化应用前景上并不乐观。
2.储氢合金储氢合金是指在一定温度和氢气的压力下，能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。
用作储氢材料的碳纳米管
91科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 工 程 技 术随着石油、煤炭等传统能源不断地被开采和使用,能源短缺问题日趋严重。
而石油、煤炭燃烧的主要产物是CO 2和SO 2。
CO 2是导致全球变暖的温室气体,SO 2会和空气中的水分结合产生酸雨。
人类面临能源、资源和环境的危机,寻找新的能源已成为人们的普遍共识。
氢作为一种洁净能源,已受到人们的充分重视。
而氢能技术面临的最大的挑战是能否将氢在常温常压下安全有效地储存和运输。
1997年,Dillon等[1]报道了有关单壁碳纳米管储氢研究成果,用单壁碳纳米管在室温和氢气压力40k P a 时得到储氢量为5%～10%(质量分数),并指出氢在高温吸附位上是物理吸附。
由于物理吸附储氢材料可通过压力控制而达到较高的瞬时氢脱附量,如果能开发出在常温下具有较高储氢量的物理吸附类材料,将对未来以氢为动力的移动装置产生重要影响[2]。
而纯粹的用碳纳米管储存氢很难实现其实用价值,其关键是如何利用碳纳米管储氢和怎样提高其储氢能力。
碳纳米管材料的规模生产和应用,尤其是用于储氢电极材料将给储氢电池带来一场变革。
1 碳纳米管的制备方法碳纳米管制备方法有一个共同的特点:通过各种外加能量,将碳源离解原子或离子形式,然后凝聚就可以得到这种碳的一维结构。
目前,碳纳米管的制备主要采用以下几种方法:电弧法[3]、激光蒸发法[4]、催化裂解及化学气相沉积法[5-8]等。
电弧法、激光蒸发法所制备碳纳米管管直且结晶度高,一般为单壁碳纳米管,但产率较低,常常混有大量的杂质(如:石墨碎片、无定形碳和纳米碳颗粒等),可通过酸或碱处理,对碳纳米管进行分离提纯,去除这些杂质。
而催化裂解及化学气相沉积法是制备碳纳米管使用最多的方法,一般是催化剂的作用下,使含碳气体原料(如:一氧化碳、甲烷、乙烯、丙烯和苯等)分解,即在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子,当过渡金属作为催化剂时,碳原子附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。
碳纳米管储氢材料论文
碳纳米管储氢材料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。
氢的热值高，燃烧产物是水，无污染，可循环利用。
20世纪70年代以后，由于对氢能源的研究和开发日趋重要，首先要解决氢气的安全贮存和运输问题，储氢材料范围日益扩展。
氢能技术面临的最大科学挑战是能否将氢在常温常压下安全有效地储存和运输,碳纳米管具备一定的储氢能力并能快速地释放氢。
自发现以来,由于其独特的结构,优良的性能,对其所进行的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值。
CNTs具有准一维管状结构,巨大的长径比和比表面积,很高的力学强度,其强度为钢的100倍。
同时,基于强C-C化合键的作用,CNTs具有优良的导电性能,能够填充和吸附颗粒,具有高的稳定性。
由于它的这些性质,研究CNTs作为催化剂负载在燃料电池中的应用具有很重要的意义。
但碳纳米管储氢要得以规模应用,其关键是如何利用碳纳米管储氢和怎样提高其储氢能力。
碳纳米管是目前人们研究最多的碳质储氢材料，具有储氢量大、释氢速度快、常温下释氢等优点。
因此，被认为是一种有广阔发展前景的吸附储氢材料。
它分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
单壁纳米碳管具有十分独特的结构特征，应用领域也十分广泛。
然而，单壁纳米碳管的大规模制备和纳米碳管的定向排列却始终是瓶颈，大大限制了对单壁纳米碳管的应用研究；在纳米碳管的各种优异性能中，纳米碳管的场发射特性尤其引人注目，用于评价纳米碳管阵列场发射性能优劣的重要参数是电场增强因子。
影响该参数的主要因素包括纳米碳管阵列密度、长径比、管尖端结构和尖端电子逸出功等。
因此，在理论上弄清电场增强因子与上列因素的具体关系，有利于提高场发射性能；定向排列纳米碳管对实验中研究纳米碳管场发射性质、制备纳米碳管冷阴极具有重要意义。
1997年，Dillon等最早对单壁纳米碳管进行了研究。
他们以未经纯化处理、含无定形碳和金属催化剂颗粒的单壁纳米碳管为研究对象，采用程序升温解吸法测定其储氢量。
碳纳米管储氢技术
碳纳米管储氢技术【摘要】碳纳米管储氢技术是当前研究的热点之一，具有重要的应用前景和意义。
本文从技术的原理、制备方法、应用领域、优势挑战和研究进展等方面对碳纳米管储氢技术进行了全面的介绍和分析。
结合未来发展方向、在能源领域的重要性以及对环境和经济的影响，展望了碳纳米管储氢技术的潜力和前景。
通过本文的阐述，读者可以更加全面地了解碳纳米管储氢技术的发展历程、应用前景以及对环境和经济的积极影响。
碳纳米管储氢技术的研究不仅有利于提高能源利用效率，还能够推动新能源技术的发展，促进环境保护和经济持续发展。
【关键词】碳纳米管、储氢技术、研究意义、发展历程、应用前景、原理、制备方法、氢能领域、优势与挑战、研究进展、未来发展方向、能源领域、环境影响、经济影响1. 引言1.1 碳纳米管储氢技术的研究意义通过研究碳纳米管储氢技术，可以提高氢能的利用效率，推动氢能经济的发展。
氢能作为清洁能源，可以减少化石燃料的使用，减少温室气体的排放，对于应对全球能源与环境问题具有重要意义。
深入研究碳纳米管储氢技术，可以促进氢能技术的广泛应用，推动能源转型和可持续发展。
碳纳米管储氢技术的研究意义不仅在于提高储氢材料的性能和效率，还在于推动清洁能源的发展，保护环境和促进经济可持续发展。
1.2 碳纳米管储氢技术的发展历程碳纳米管储氢技术的发展历程可以追溯到20世纪90年代初。
当时，科学家们开始意识到氢气作为清洁能源的潜力，并积极寻求有效的储氢方法。
碳纳米管因其独特的结构和性质被认为是一种很有潜力的储氢材料。
在早期的研究中，科学家们通过实验和理论计算发现，碳纳米管具有良好的氢吸附和储存能力，这为其在储氢技术中的应用奠定了基础。
随着科学技术的不断进步，研究人员逐渐深入了解了碳纳米管的储氢机制，并探索了各种制备方法。
通过化学合成、物理气相沉积等技术，科学家们成功地制备出了具有优异储氢性能的碳纳米管材料。
这些材料不仅在实验室中展示出了良好的储氢效果，还有望在未来的能源领域中得到广泛应用。
碳纳米材料作为储氢材料相关
这些现象可由氢分子在孔中的局部密度分布来解释. 氢气在77 K 和 三个不同的压力p= 1121MPa, 4191 MPa, 1614 MPa 下的各个碳 管内的局部密度分布见图4. 从图4 可以看出, 在1121 MPa 的压力 下, 11225 nm 的碳管中的流体分子的第一层已经排满, 进一步的加 压只能使中心的一行分子的密度增加, 而这对分子数密度影响不大. 在2104 nm 和21719 nm 的碳管中, 当压力增加到4191 MPa 时, 最外层的已经接近排满, 而且第二层已经出现. 进一步增加压力对孔 内的分子数密度影响较小.
发现
1997年 , Dollin 等[3] 首先研究了单壁碳纳米管束的吸附储氢 能力, 并且发现在130 K 时储氢的重量百分比在5% ~ 10% 的范围 内, 接近或高于美国能源部的重量百分比为615 wt% 的目标. Ye 等 [ 4] 测量了高纯度的单壁碳纳米管束的吸附储氢能力, 他们发现在 80 K 和7 MPa 氢的存储能力高达8125 wt% , 并且在4 MPa 左右 氢的存储能力会有突然的升高. Liu 等[ 5]报道在300 K 和 1011MPa 的实验中发现碳纳米管束的储氢能力可达412 wt%
3 Dillon, A. C. ; Jones, K. M. ; Bekkadahl, T. A. ; Kiang, C. H. ; Bethune, D. S. ; Heben, M. J. Nature 1997,386 , 377. 4 Ye, Y. ; Ahn, C. C. ; Withem, C. ; Fultz, B. ; Liu, T. ;Rinzler, A. G. ; Colbert, D. ; Smith, K. A. ; Smalley, R.E. Appl . Phys . Lett . 1999, 74, 2307. 5 Liu, C. ; Fan, Y. Y. ; Liu, M. ; Cong, H. T. ; Cheng,H. M. ; Dresselhaus, M. S. Science 1999, 286 , 1127.