储氢合金
储氢合金
主讲人：汪沅 201039110213
能源危机与环境问题
• 化石能源的有限性与人类 需求的无限性－石油、煤 炭等主要能源将在未来数 十年至数百年内枯竭 • 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 • 新能源研究势在必行 • 氢——二十一世纪的绿色 能源 • 优点： • 自然界最普遍的元素; • 清洁能源; • 燃烧性能好，易点燃; • 发热值高(142MJ/kg); • 导热性好; • 用途广泛;
钛锰系储氢合金
• Ti-Mn合金是拉维斯相结构，Ti-Mn二元合金中Ti-Mn1.5 储氢性能最佳，在室温下即可活化，与氢反应生成TiMn1.5H2.4，其特性见表2-1。TiMn原子比Mn／Ti = 1.5 时，合金吸氢量较大，如果Ti量增加，吸氢量增大，但由 于形成稳定的Ti氢化物，室温释氢量减少。 • 除以上几类典型储氢合金外，非晶态储氢合金目前也引起 了人们的注意。研究表明，非晶态储氢合金比同组份的晶 态合金在相同的温度和氢压下有更大的储氢量；具有较高 的耐磨性；即使经过几百次吸、放氢循环也不致破碎；吸 氢后体积膨胀小。但非晶态储氢合金往往由子吸氢过程中 的放热而晶化。有关非晶态储氢材料的机理尚不清楚，有 待于进一步研究。
非晶态合金储氢
非晶态合金比同组分的晶态合金在相同温度和氢
压下有更大的贮氢量，如TiCu非晶态比晶态贮氢 量大1/3。
非晶态贮氢合金具有较高耐蚀性、耐磨性，可多 次使用而不破碎，但吸氢放热时易使其晶化。
制备方法和工艺
• 原材料
• （1）稀土 • 主要采用混合稀土元素，如富铈稀土（Mm）和富镧稀土（MI）。我 国具有丰富的稀土资源，总储量占世界80%以上。目前我国稀土年产 量在3500~4000T之间。 • （2）金属镍 • 我国金属镍主要来自金川镍公司，目前年产量35000T左右 • （3）其他添加元素 • 添加元素包括钴，锰和铝等，用量不大，但非常容易得到
储氢合金的储氢原理
储氢合金的储氢原理储氢合金是一种能够吸收和释放氢气的材料，它在储氢技术领域具有重要的应用价值。
储氢合金的储氢原理是指其通过物理或化学方式将氢气吸附或吸收到其晶格中，从而实现氢气的储存和释放。
储氢合金的储氢原理涉及到多种物理和化学过程，下面将对其进行详细介绍。
首先，储氢合金的储氢原理可以通过物理吸附来实现。
物理吸附是指氢气分子在储氢合金表面吸附，形成氢气分子层的过程。
在这个过程中，氢气分子与储氢合金表面之间存在范德华力吸引作用，使得氢气分子被吸附到储氢合金表面上。
这种物理吸附的储氢方式具有吸附速度快、吸附温度低的特点，但是在一定温度和压力下，氢气分子容易脱附，释放出来。
其次，储氢合金的储氢原理还可以通过化学吸附来实现。
化学吸附是指氢气分子在储氢合金内部发生化学反应，被吸附到储氢合金晶格中的过程。
在这个过程中，氢气分子与储氢合金表面发生化学键的形成，使得氢气分子被牢固地储存在储氢合金内部。
这种化学吸附的储氢方式具有吸附稳定、储氢密度高的特点，但是吸附速度相对较慢。
此外，储氢合金的储氢原理还可以通过固溶吸氢来实现。
固溶吸氢是指氢气分子在储氢合金内部与晶格中的金属原子形成固溶体的过程。
在这个过程中，氢气分子与储氢合金内部的金属原子发生化学反应，形成固溶体，使得氢气分子被储存在储氢合金内部。
这种固溶吸氢的储氢方式具有储氢密度高、吸附稳定的特点，但是吸附速度相对较慢。
综上所述，储氢合金的储氢原理涉及到物理吸附、化学吸附和固溶吸氢等多种储氢方式。
不同的储氢方式具有各自的特点和适用范围，可以根据实际需求选择合适的储氢合金材料和储氢方式。
随着科学技术的不断发展，储氢合金的储氢原理将会得到进一步的深入研究和应用，为氢能源的发展和利用提供更加可靠和高效的储氢解决方案。
新型储氢合金的研究进展
新型储氢合金的研究进展近年来，氢气已经成为了人们越来越关注的一个话题。
作为一种绿色和清洁的能源，氢气因其高能量密度、无污染、可再生等优势，成为了未来可持续发展方向的重要候选。
然而，氢气能的应用受到氢气的储存技术的制约，而新型储氢合金的研究成果让科学家们看到了曙光。
储氢合金是指一个能够在一定压力和温度下形成储存氢气的合金。
储氢合金的主要特点是能量密度高、吸附无污染、储氢周期长、可重复使用等。
因此，储氢合金已成为氢气储存技术研究的热点之一。
新型储氢合金是相对于传统的纯种储氢金属而言的。
传统的储氢合金采用的是单一的金属材料储氢，如钛合金、镁合金等，其储氢量和吸附效率都不尽如人意。
通过对材料结构和成分的研究，科学家们发现将多种金属元素混合起来可以形成新型的储氢合金，这些新型储氢合金的储氢量和吸附性能都远远超过了传统储氢合金的水平。
其中，最具代表性的新型储氢合金之一就是LaNi5基合金。
LaNi5合金是由镧（La）、镍（Ni）以及其他金属元素组成的一种储氢材料，其在低于冰点℃的温度下，能够将氢气吸附并储存超过四十倍的自身体积，这意味着相同容积大小的储氢车辆能够装载更多的氢气。
除了LaNi5储氢合金，还有许多其他的新型储氢合金也在不断被探索和研发。
比如，近年来，研究人员发现通过在金属合金中引入纳米材料，不仅可以有效提高储氢量，而且可以增强合金的稳定性和耐腐蚀性。
此外，还有研究者利用多孔材料和杂化材料的复合结构来制备新型储氢合金。
虽然新型储氢合金已经取得了一定的研究进展，但是还存在许多待解决的问题。
首先，新型储氢合金的制备工艺需要进一步的优化和改进，以提高其生产效率和降低成本。
其次，储氢合金在储存氢气的过程中会受到氢气的影响，而影响是否会对合金的长期使用带来不良的影响，需要进一步的研究和测试。
另外，新型储氢合金的储氢量和吸附性能虽然有了大幅提高，但依然存在着进一步提高其储氢容量和提高吸附效率的问题。
总之，新型储氢合金是氢气储存技术发展的一个重要方向。
储氢合金的名词解释
储氢合金的名词解释储氢合金是一种用于储存和释放氢气的材料。
它是由一种或多种金属与氢气相结合形成的金属-氢的固体溶液。
储氢合金是一项重要的能源储存技术，能够解决氢气作为一种清洁能源的储存和运输问题，被广泛应用于氢能源行业、航空航天领域和可再生能源等领域。
1. 储氢合金的基本原理储氢合金的基本原理是利用金属与氢气之间的物理和化学相互作用来实现氢气的储存和释放。
在储氢合金中，金属作为吸附剂，扮演着吸附和储存氢气的角色。
当储氢合金暴露在氢气环境中时，氢气会进入金属晶格并与金属原子相结合，形成金属-氢化物化合物。
当需要释放氢气时，通过改变温度、压力或其他条件，可以使金属-氢化物化合物分解，释放出储存的氢气。
2. 储氢合金的优势储氢合金在能源储存领域具有很多优势。
首先，与传统的气体或液态氢储存方式相比，储氢合金可以以更高的体积和质量比存储更多的氢气。
其次，储氢合金具有较高的储氢容量和储氢速率，能够满足高强度和长时间的氢气需求。
此外，储氢合金具有良好的循环稳定性和循环寿命，能够多次重复吸附和释放氢气而不损失性能。
最重要的是，储氢合金是一种可再生的储氢材料，可以通过简单的处理方法，如升温、降压等，使其重新恢复吸附氢气能力。
3. 储氢合金的应用领域储氢合金在多个领域都有广泛的应用。
在氢能源领域，储氢合金被用作储存和释放氢气的媒介，为氢燃料电池、氢气发动机等提供持续稳定的氢气供应。
在航空航天领域，储氢合金被应用于火箭推进系统和宇航器动力系统，可以提供高能量密度和高可靠性的氢气储存解决方案。
在可再生能源领域，储氢合金可以将太阳能和风能等不稳定的可再生能源转化为可储存和可输送的氢气，提供可靠的能源供应。
4. 储氢合金的挑战与发展方向储氢合金作为一种新兴的能源储存技术，目前还存在一些挑战。
首先，储氢合金的设计与制备需要更深入的研究和优化，以获得更高的储氢容量和释氢速率。
其次，储氢合金的储氢和释氢过程中可能伴随着金属的结构变化和疲劳损伤，影响储氢合金的循环稳定性和使用寿命。
储氢合金的分类与性能
储氢合金的分类与基本性能储氢合金按组成元素的主要种类分为: 稀土系、钛系、锆系、镁系四大类，按主要组成元素的原子比分为:AB5 型、AB2 型、AB 型、A2B 型, 另外也可按晶态与非晶态, 粉末与薄膜进行分类。
储氢合金基本特征：二元储氢合金(或金属间化合物) 基本上是在1970 年前后相继被发现的. 这些二元储氢合金可分为AB5 型(稀土系合金,如形成LaNi5H6 )、AB2 型(Laves 相合金,如形成ZrV2H4.8 ) 、AB 型(钛系合金,如形成TiFeH1.9) 和A2B 型(镁基合金,如形成Mg2NiH4) .其中A 为氢化物稳定性元素(发热型金属) ,B 为氢化物不稳定性元素(吸热型金属) ,A 原子半径大于B 原子半径. 氢在金属和合金中比液态氢的密度高,氢能够在相对温和的条件下可逆吸放,并且伴随热的释放与吸收. 实验检测和模拟计算证明,氢主要以原子形式存在,部分带有负电荷。
1稀土系储氢合金稀土系储氢合金以LaNi5 为代表, 可用通式AB5 表示, 具有CaCu5 型六方结构。
性能：较高的吸氢能力(储氢量高达1.37 重量% ) ,较易活化,对杂质不敏感以及吸脱氢不需高温高压(当释放温度高于40℃时放氢就很迅速) 等优良特性。
应用领域：是热泵、电池、空调器等应用中的理想候选材料,有很大的应用潜力。
影响元素、改进性能的研究方法：合金吸氢后晶胞体积膨胀较大, 易粉化, 比表面随之增大, 从而增大合金氧化的机会, 使合金过早失去吸放氢能力。
这就使氢镍电池中储氢容量衰减快, 而且价格昂贵。
由于纯稀土金属价格昂贵不能满足工业生产的大量需求, 为了降低成本, 人们利用混合稀土(Mm: La、Ce、Nd、Pr)、Ca、Ti 等置换LaNi5 中的部分La, 以Co、A l、M n、Fe、Cr、Cu、Si、Sn 等置换Ni 以改善性能, 开发出多元混合稀土储氢合金。
混合稀土储氢合金材料有富铈的和富镧的, 其优点是资源丰富, 成本较低。
储氢合金
储氢合金由于石油和煤炭的储量有限，而且在使用过程中会带来环境污染等问题，使氢能作为新的清洁燃料成为研究热点。
在氢能利用过程中，氢的储运是重要环节，而储氢合金顾名思义就是用于储运氢的。
储氢合金是由两种特定金属构成的合金，其中一种可以大量吸氢，形成稳定的氢化物，而另一种金属虽然与氢的亲和力小，但氢很容易在其中移动。
Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等属于第一种金属，控制储氢量；Fe、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等属于第二种金属，控制释放氢的可逆性。
通过合理配制，调节合金的吸放氢性能，制得在室温下能够可逆吸放氢的较理想的储氢材料。
别看储氢合金的金属原子之间缝隙不大，但储氢本领却比氢气瓶的本领可大多了，具体来说，相当于储氢钢瓶重量1/3的储氢合金，其体积不到钢瓶体积的1/10，但储氢量却是相同温度和压力条件下气态氢的1000倍。
采用储氢合金来储氢，不仅具有储氢量大、能耗低，工作压力低、使用方便的特点，而且可免去庞大的钢制容器，从而使存储和运输方便而且安全。
目前储氢合金主要包括有钛系、锆系、铁系及稀土系储氢合金。
那么这种合金又是如何发展得来的呢？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。
储氢合金的储氢原理
储氢合金的储氢原理
储氢合金是一种可以吸收和释放氢气的材料，它在储氢领域有着广泛的应用前景。
储氢合金的储氢原理是指其通过物理或化学方式将氢气吸附或嵌入到其晶格结构中，并在需要时释放氢气。
储氢合金的储氢原理主要包括吸附储氢和金属氢化物储氢两种方式。
首先，吸附储氢是指储氢合金通过物理吸附的方式将氢气吸附到其表面或孔隙中。
在吸附储氢过程中，氢气分子通过物理吸附力与储氢合金表面相互作用，形成氢气分子层，从而实现氢气的储存。
吸附储氢是一种相对简单的储氢方式，其特点是吸附速度快、反应温度低、操作简单，但吸附量相对较小，储氢密度低。
其次，金属氢化物储氢是指储氢合金通过化学反应将氢气嵌入到其晶格结构中
形成金属氢化物。
金属氢化物储氢是一种相对复杂的储氢方式，其特点是储氢量大、储氢密度高，但储氢和释放氢气的反应速度较慢，需要一定的温度和压力条件。
金属氢化物储氢是目前储氢合金应用较为广泛的一种方式，其在储氢汽车、储能等领域有着重要的应用价值。
储氢合金的储氢原理是储氢技术发展的关键，其性能和储氢效率直接影响着储
氢合金的应用性能和经济性。
目前，研究人员通过合金设计、晶体结构调控、催化剂掺杂等手段不断优化储氢合金的储氢原理，提高其储氢量、储氢速度和循环稳定性，为储氢合金的应用拓展和推广提供了重要的技术支撑。
总的来说，储氢合金的储氢原理是多种物理和化学过程的综合作用，其通过吸
附储氢和金属氢化物储氢两种方式实现氢气的储存和释放。
随着储氢技术的不断发展和完善，储氢合金作为一种重要的储氢材料将在清洁能源、新能源汽车等领域发挥越来越重要的作用。
储氢合金的储氢原理
储氢合金的储氢原理
储氢合金（Hydrogen Storage Alloys）是指一类能够将氢气吸附、储存和释放的合金材料，通常由过渡金属和其他元素组成。
这些合金的储氢原理基于氢气与合金表面之间的相互作用力。
储氢合金的储氢原理主要有物理吸附和化学吸附两种机制。
物理吸附是指氢气分子与储氢合金表面的范德华力相互作用，使氢气被吸附在合金表面上。
这种吸附方式不涉及化学反应，只是通过氢气分子与合金表面之间的相互作用力进行吸附和释放。
物理吸附可以在相对较低的温度和压力下进行，但吸附量较小，储氢能力有限。
化学吸附是指氢气与储氢合金发生化学反应，形成化合物的方式来储存氢气。
在合金内部，氢气分子与过渡金属之间发生化学键形成金属氢化物。
这种化学吸附方式具有较高的储氢量和储氢能力，可以实现高密度储氢，但需要较高的温度和压力来实现吸附和释放。
除了物理吸附和化学吸附之外，储氢合金还可以通过氢解和再合成的过程来储存和释放氢气。
氢解是指将金属氢化物加热至一定温度，使金属氢化物分解为金属和氢气。
再合成则是将金属和氢气重新反应生成金属氢化物。
这种方式可以实现循环使用储氢合金，但对温度和压力有一定的要求。
总的来说，储氢合金的储氢原理是通过物理或化学吸附氢气分子，将其储存在合金内部或表面，以实现氢气的吸附、储存和
释放。
不同的储氢合金拥有不同的储氢能力和工作条件，可以根据具体需求选择合适的材料和储氢方式。
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储氢合金
氢是一种热值很高，且对自然环境无污染的燃料。
它可以通过电解水的方法产生，是一种取之不尽、用之不竭的二次能源。
专家们认为，不久的将来，氢将成为一种主要的能源燃料。
可是，如果没有一种方便的储存氢气的办法，氢就不可能作为普通的常规能源得到广泛应用。
目前使用的储氢办法是采用高压钢瓶装压缩气态氢或用一种特制瓶装液态氢。
但是这两种方法都存在耗能高、容器笨重不便、不安全等缺点，因而其应用受到限制。
储氢合金是一种能储存氢气的合金，它所储存的氢的密度大于液态氢，因而被称为氢海绵。
而且氢储入合金中时不仅不需要消耗能量，反而能放出热量。
储氢合金释放氢时所需的能量也不高，加上工作压力低，操作简便、安全，因此是最有前途的储氢介质。
储氢合金的储氢原理是可逆地与氢形成金属氢化物，或者说是氢与合金形成了化合物，即气态氢分子被分解成氢原子而进入了金属之中。
由于氢本身会使材料变质，如氢损伤、氢腐蚀、氢脆等。
而且，储氧合金在反复吸收和释放氢的过程中，会不断发生膨胀和收缩，使合金发生破坏，因此，良好的储氢合金必须具有抵抗上述各种破坏作用的能力。
正在研究和发展中的储氢合金通常是把吸热型的金属（例如铁、锆、铜、铬、钼等）与放热型的金属（例如钛、锆、镧、铈、钽等）组合起来，制成适当的金属间化合物，使之起到储氢的功能。
吸热型金属是指在一定的氢压下，随着温度的升高，氢的溶解度增加；反之为放热型金属。
效果较好的储氢材料，主要有以镁型、钙型、稀土型及钛型等金属为基础的储氢合金。
用钛锰储氢合金储氢，与高压氢气钢瓶相比，具有重量轻、体积小的优点。
在储氢量相同时，它的重量和体积分别为钢瓶的７０％和２５％。
这种储氢合金不仅具有只选择吸收氢和捕获不纯杂质的功能，而且还可以使释放出的氢的纯度大大提高，因此，它又是制备高纯度氢的净化材料。
这类储氢合金可采用高频感应炉熔炼和铸造，并经高温氢气处理而制得。
它的特点是比重小，储氢量大，价格低廉。
在２０℃时，每克合金可吸收２２５ｃｍ３的氢，或释放１８５ｃｍ３的氢，即每１ｃｍ３的合金能储藏１１２５ｃｍ３的氢。
利用储氢合金在加热时快速释放的氢压作为机械能，可以制成压缩器。
荷兰专家采用镧镍合金，制成了一种在１５～１６０℃温度下具有４～４５个大气压的无噪音静止压缩器。
日本也将储氢合金应用于加压型的海水淡化过程中。
美国和日本还竞相采用储氢合金制成太阳能和废热利用的冷暖房，以及储热系统。
其主要方式是采用所释放的氢的压力不同的两种储氢合金，制成加热泵。
其原理是利用储氢合金在吸氢时的放热反应和释放氢时的吸热反应。
此外，储氢合金还可应用于核反应堆中，作为分离重氢的材料。
储氢合金由于具备许多独特的功能，它作为一种新型的能源材料，有着广泛的用途。