纳米储氢材料原理及示意图

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储氢材料

储氢材料
材料科学与化学工程学院
储 氢 材 料
The brief introduction of hydrogen storage materials
什么是储氢材料?
在一定的温度和压力条件下,能 可逆地吸收和释放氢气的材料,可 作为储氢材料。
储氢材料应具备的特点: 1、低释氢温度
2、吸收—放氢过程可逆
3、材料稳定,安全,无毒,低成本
储氢合金按组成元素的主要种类分为:镁系、稀土系、
钛系、锆系、铁系五大类。
按主要组成元素的原子比分为:AB5型、AB2型、AB 型、
A2B型,其中A是容易形成稳定氢化物的发热型金属元素,B 为难于形成氢化物的吸热型元素,且A原子半径大于B原子半 径。 A如:Ti、Zr、La、Mg、Ca、 Mm(混合稀土金属)等。
单壁纳米碳管束TEM 照片
多壁纳米碳管TEM 照片
2.2.2 碳纳米管材料的制备及研究方法 制备方法 电弧法 气相沉积法
低分子化合物
加载气(H2) 金属微粒催化剂
气相生长
1000~1400°C
碳纤维(或纳米管) 石墨化
2000~3000°C
表面处理
产品
石墨纤维 (或纳米管)
研究方法
有机液态氢化物主要包括苯、甲苯、萘等,人们现在主 要用苯及甲苯来储氢。
有机液体氢化物储氢的优、缺点
有机液体储氢技术与传统的储氢技术(深冷液化、金属氢化 物、高压压缩)相比具有以下优点:
①储氢量大 苯和甲苯的理论储氢质量分数分别为7.19%和 6.18%,比传统的金属氢化物、高压压缩的储氢量大得多。
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

纳米材料在储氢材料中的应用研究

纳米材料在储氢材料中的应用研究

纳米材料在储氢材料中的应用研究随着全球能源危机的日益严重,寻找新型的清洁可再生能源已成为全球人民的共同关注点。

其中,氢能源作为一种绿色、高效的能源形式,备受关注。

然而,氢能源的储存和运输一直是限制其广泛应用的主要难点之一。

传统的气体和液态氢储存方式在储存密度、安全性和可靠性等方面存在诸多问题。

近年来,纳米材料在储氢材料中扮演着越来越重要的角色,被认为是一种重要的氢储存方法。

本文将介绍纳米材料在储氢材料中的应用研究进展。

一、氢能源储存问题氢能源具有高效、清洁、环保等多种优点,是未来燃料的主要候选者之一。

然而,氢能源的储存和运输是目前亟需解决的问题。

传统的气体和液态氢储存方式存在容器体积大、储存密度低、易燃等诸多问题,因此被认为不是可持续的氢储存方法。

而化学吸附和物理吸附则是目前可行的氢储存方案之一。

二、纳米材料储氢原理纳米材料储存氢气的原理主要是物理吸附和化学吸附。

在物理吸附中,氢分子在纳米材料表面被吸附;而在化学吸附中,氢分子与纳米材料中的原子强烈相互作用,形成氢化物。

纳米材料的储氢密度与其表面积有关。

表面积越大,储氢量就越大。

因此,采用纳米材料作为储氢材料可以增加储氢密度,在保持储氢安全的前提下实现高效的储氢。

三、纳米材料在储氢中的应用研究1.金属有机骨架储氢金属有机骨架是一种由金属离子和有机配体组成的三维网状结构。

研究发现,金属有机骨架具有良好的储氢性能。

例如,Mg(OH)-BTB(BTB为2,3,6,7,10,11-三苯基二氮并[1,2-b:4,5-b']二嘧啶的缩写)材料具有较高的氢吸附容量和吸附热,是一种理想的氢储存材料。

2.纳米孔道材料储氢生物学家正在对许多纳米孔道材料开展深入研究。

目前,已开发出许多独特的纳米孔道材料,例如碳纤维、氧化锆等。

这些材料具有很高的表面积和孔体积,因此可以容纳大量的氢分子。

研究发现,一些材料,如MIL-101材料,可实现高达5.5 wt%的氢储存容量。

碳纳米管—储存氢气

碳纳米管—储存氢气


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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。

纳米储氢合金制备方法

纳米储氢合金制备方法

纳米储氢合金制备方法一、化学气相沉积法化学气相沉积是一种常用的制备纳米材料的方法,通过控制反应条件,如温度、压力、气体流量等,可以在较低的温度下制备出高纯度的纳米材料。

该方法可用于制备纳米储氢合金,通常将合金材料放置在高温炉中,通入氢气等反应气体,通过化学反应生成储氢合金纳米颗粒。

二、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种制备纳米材料的方法,通过将材料加热到熔融状态后迅速冷却,再通过物理方法将固态颗粒分散到气体中,形成纳米颗粒。

该方法可用于制备纳米储氢合金,通常将储氢合金材料加热到熔融状态,再通过物理方法将熔融状态的合金分散到气体中,形成纳米颗粒。

三、溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种制备纳米材料的方法,通过将前驱体溶液在恒温下进行水解和聚合反应,形成溶胶,再将溶胶干燥、烧结后得到纳米材料。

该方法可用于制备纳米储氢合金,通常将前驱体溶液混合储氢合金元素,通过水解和聚合反应形成溶胶,再将溶胶干燥、烧结后得到纳米储氢合金。

四、微乳液法微乳液法是一种制备纳米材料的方法,通过将两种互不相溶的溶剂混合在一起,形成微乳液,再通过控制反应条件制备出纳米颗粒。

该方法可用于制备纳米储氢合金,通常将储氢合金元素溶解在油性溶剂中,再与水性溶剂混合形成微乳液,通过控制反应条件制备出纳米储氢合金。

五、机械合金化法机械合金化法是一种制备纳米材料的方法,通过将金属粉末在高能球磨机中球磨一定时间,使粉末颗粒细化并发生固态反应形成合金粉末。

该方法可用于制备纳米储氢合金,通常将储氢合金元素粉末放入球磨机中球磨一定时间,使粉末颗粒细化并发生固态反应形成纳米储氢合金粉末。

六、高能球磨法高能球磨法是一种制备纳米材料的方法,通过将金属粉末和研磨球在高能球磨机中球磨一定时间,使粉末颗粒细化并发生固态反应形成合金粉末。

该方法可用于制备纳米储氢合金,通常将储氢合金元素粉末放入球磨机中球磨一定时间,使粉末颗粒细化并发生固态反应形成纳米储氢合金粉末。

七、电解还原法电解还原法是一种制备纳米材料的方法,通过电解熔融盐中的金属离子并在阴极上还原生成金属或合金。

储氢材料的贮氢原理及应用

储氢材料的贮氢原理及应用

储氢材料的贮氢原理及应用1. 前言随着环境保护意识的不断增强以及对可再生能源的需求日益增长,储氢技术得到了广泛关注。

储氢材料作为储氢技术领域的重要组成部分,其贮氢原理以及应用前景备受关注。

本文将介绍储氢材料的贮氢原理,并探讨其在能源存储、氢能源应用等方面的应用。

2. 储氢材料的贮氢原理储氢材料是指能够在相对较低压力下吸纳氢气并在适当条件下释放氢气的材料。

其贮氢原理主要有以下两种:2.1 吸附贮氢吸附贮氢是一种通过物理吸附的方式将氢气储存在材料中的方法。

储氢材料通过其较大的比表面积和适当的孔隙结构,使氢气分子在作用力的驱使下被吸附在其表面或孔隙中。

常见的吸附贮氢材料包括活性炭、金属有机框架材料(MOFs)等。

吸附贮氢具有储氢容量大、吸附-解吸过程迅速等优点,但同时也存在充放氢速率较慢、操作条件要求较高等问题。

2.2 吸氢合金贮氢吸氢合金贮氢是一种通过金属与氢气的化学反应实现贮氢的方法。

一些金属和合金在特定的温度和压力下能够与氢气发生吸氢反应,形成吸氢合金。

典型的吸氢合金包括钛镍合金、镁铝合金等。

吸氢合金贮氢具有充放氢速度快、充氢压力较低等优点,但同时也存在吸氢热效应大、吸氢合金稳定性差等问题。

3. 储氢材料的应用储氢材料不仅在能源存储领域具有广阔的应用前景,还在氢能源应用、氢燃料电池等方面有着重要的应用价值。

以下是储氢材料的一些主要应用:3.1 能源存储储氢材料可以作为一种高容量、高效率的能源储存手段,将可再生能源转化为氢气储存起来。

在能源需求高峰期或不稳定的能源供应情况下,释放储存在储氢材料中的氢气,为能源供应提供支持。

这种能源存储方式可以缓解能源供需矛盾,提高能源利用效率。

3.2 氢能源应用储氢材料可以提供氢气作为一种清洁能源用于各种氢能源应用。

例如,将储存在储氢材料中的氢气用于燃料电池发电,实现清洁能源的利用。

此外,氢气还可用于燃料电池汽车、氢动力机械等领域,替代传统石油能源,减少环境污染。

金属材料之储氢材料ppt课件

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.

储氢材料PPT演示课件

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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。
19Leabharlann 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。
36
2 n
M
(固)
H2
(气,
p)
吸氢,放热 放氢,吸热
2 n
MH
n
(固)
H
式中,M---金属; MHn---金属氢化物 P---氢压力;H---反应的焓变化
反应进行的方向取决于温度和氢压力。
37
2 n
M
(固)
H2
(气,
p)
吸氢,放热 放氢,吸热
2 n
MH
n
(固)
H
实际上,上式表示反应过程具有化学能(氢)、热能 (反应热)、机械能(平衡氢气压力)的贮存和相互转换功 能。
一般说,同一族从上至下还原性增强,同一周期从左至右 还原性减弱。
27
例如: 4NH3+5O2→4NO+6H2O 2PH3+4O2→P2O5+3H2O 2H2S+3O2→2SO2+2H2O 共价型氢化物在水中的行为较为复杂。常见为: 形成强酸的:HCl,HBr,HI; 形成弱酸的:HF,H2S,H2Se,H2Te; 形成碱的:NH3; 水解放出氢气的:B2H6,SiH4; 与水不作用的:CH4,PH3,AsH3,GeH4,SnH4,SbH3。
4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl 复合氢化物主要用做还原剂、引发剂和催化剂。

储氢材料综述ppt课件

储氢材料综述ppt课件

15
铝氢化物
典型代表:LiAlH4
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%
精选ppt课件2021
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%。
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21
氢化物反应失稳
氢化物反应失稳是通过添加适当的反应物来改变氢 化物的原有分解路径,以形成更加稳定的脱氢产物。[4]
AH2+B↔ABx+xB 反应焓较小,从而降低了 氢化物的分解温度,且易 于可逆加氢反应的进行
不同脱氢反应路径焓变示意图[3]
精选ppt课件2021
22
小结
I. 金属(合金)储氢存在着储氢量低等问题,常用改变 元素化学计量比、元素替代等方法改善其性能。
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7
金属(合金)储氢材料分类:
A5B A2B AB
A元素:容易形成稳定 氢化物的放热型金属
B元素:难于形成氢化 物的吸热型金属
AB2
V和V基固溶体
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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%。
本过高。
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5
化学方式储氢
金属(合金)储氢材料 络合氢化物储氢材料
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NATURE MATERIALS DOI: 10.1038/NMAT2978
a
d
LETTERS
(100) (002) (101) (102) (110) (103)
After synthesis
Fraction
Cumulative fraction
0.4 0.3 0.2 0.1
00
2468 Particle size (nm)
temperature from a homogeneous tetrahydrofuran (THF) solution containing the following dissolved components: the organometallic precursor bis(cyclopentadienyl)magnesium (Cp2Mg), the reducing agent lithium naphthalide, and the gas-selective polymer poly(methyl methacrylate) (PMMA). Mg nanocrystals are then nucleated and grown in this solution by means of a burst-nucleation and growth mechanism13 in which lithium naphthalide reduces the organometallic precursor in the presence of a capping ligand (the soluble PMMA (Mw = 120,000) acts as a capping ligand for the Mg nanocrystals)14. Transmission electron microscopy (TEM) analysis of our reaction mixture before addition of reductant, immediately thereafter, and at later stages of the growth (Supplementary Fig. S1) further support this model.
for hydrogen and decreasing the required thickness of the
poorly permeable hydride layer that forms during absorption.
Here, we report the synthesis of an air-stable composite ma-
b
Mg2+
+
Li
Bis(cyclopentadienyl)magnesium
Lithium naphthalide
Organic polymer with selective gas permeability
PMMA THF
Mg/PMMA nanocomposites
Figure 1 | Mg NCs in a gas-barrier polymer matrix. a, Schematic of
recent theoretical calculations6,7 and metal-catalysed thin-film
studies8 have shown that microstructuring of these materials
can enhance the kinetics by decreasing diffusion path lengths
There have been various efforts to synthesize nanosized magnesium, such as ball-milling9, sonoelectrochemistry10, gasphase condensation11 and infiltration of nanoporous carbon with molten magnesium12. However, these approaches remain
hydrogen storage composite material: high-capacity Mg NCs are encapsulated by a selectively gas-permeable polymer. b, Synthetic approach to formation of Mg NCs/PMMA nanocomposites.
Ulsan 689-798, Korea. *e-mail: jjurban@.
286
NATURE MATERIALS | VOL 10 | APRIL 2011 | /naturematerials
© 2011 Macmillan Publishers Limited. All rights reserved
of potential sources (for example water, biomass, organic
matter), light weight, and low environmental impact (water
is the sole combustion product). However, there remains a
their high bond formation a Hf ∼ 75 kJ mol−1), thus
enthalpies (for example MgH2 has requiring unacceptably high release
temperatures5 resulting in low energy efficiency. However,
limited by inhomogeneous size distributions and high reactivity
toward oxygen. Our synthesis for air-stable alkaline earth metal
NC/polymer composites consists of a one-pot reduction reaction of an organometallic Mg2+ precursor in the presence of a soluble
materials4, physisorb only a small amount of hydrogen (typ-
ically 1–2 wt%) at room temperature. Metal hydrides were
traditionally thought to be unsuitable materials because of
LETTERS
PUBLISHED ONLINE: 13 MARCH 2011 | DOI: 10.1038/NMAT2978
Air-stable magnesium nanocomposites provide rapid and high-capacity hydrogen storage without using heavy-metal catalysts
organic polymer chosen for its hydrogen gas selectivity (Fig. 1).
The Mg NCs/PMMA nanocomposites were synthesized at room
a
O2
பைடு நூலகம்
H2O
H2
Formation of MgH2
H2
Mg nanoparticle
Ki-Joon Jeon1†, Hoi Ri Moon2†‡, Anne M. Ruminski2, Bin Jiang3, Christian Kisielowski4, Rizia Bardhan2
and Jeffrey J. Urban2*
Hydrogen is a promising alternative energy carrier that can
challenge to produce a material capable of simultaneously op-
timizing two conflicting criteria—absorbing hydrogen strongly
enough to form a stable thermodynamic state, but weakly
potentially facilitate the transition from fossil fuels to sources
of clean energy because of its prominent advantages such
as high energy density (142 MJ kg−1; ref. 1), great variety
contributed equally to this work. ‡Present address: Interdisciplinary School of Green Energy, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST),
terial that consists of metallic Mg nanocrystals (NCs) in a
gas-barrier polymer matrix that enables both the storage of a
high density of hydrogen (up to 6 wt% of Mg, 4 wt% for the
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