储氢原理
液态储氢技术
液态储氢技术液态储氢技术是一种在低温下将氢气冷却并压缩到液态的技术，以便更有效地储存氢气，同时提高储氢安全性和效率。
液态储氢技术已经被广泛应用于汽车和工业领域，特别是在推进新能源汽车的过程中发挥了重要作用。
本文将重点介绍液态储氢技术的工作原理、优缺点以及应用情况。
一、液态储氢技术的工作原理液态储氢技术的基本原理是在高压下将氢气压缩至液态，以便在更小的空间内保存更多的氢气。
液态氢气在气温-252.778℃下熔点为-259.16℃，密度大约是氢气的268倍，可以同时存储更多的氢气。
液态储氢技术的应用需要在极低的温度下进行，需要非常高的技术支持和专业知识。
液态储氢系统通常由一个储氢罐、一个液体氢气泵和一个液化冷源组成。
液态储氢系统将氢气压缩、冷却并将其转化为液态，储存到高压储氢罐内。
这些储氢罐具有非常高的密封性，以确保氢气能够在储存期间被安全地保存。
当用户需要氢气时，储氢罐可以将氢气从液态转变为气体状态，然后通过管道输送到用户需要的地方。
液态储氢系统需要消耗大量的能源，在氢气储存过程中产生副产品，因此液态储氢技术需要通过深入研究和技术革新来改进。
二、液态储氢技术的优缺点虽然液态储氢技术在工业领域和汽车领域得到广泛应用，但它也存在一些优点和缺点。
优点：1. 对比气态储氢技术，液态储氢技术有更高的氢气贮存密度和更小的体积。
液态储氢技术可以大大提高氢储存效率和储存密度，这对于需要储存大量的氢气的用户非常重要。
2. 液态储氢技术可以提高氢气储存的安全性。
作为固体的氢化物或氢化合物，稳定性更高，不能与空气或其它氧化剂产生反应，对人类和环境的安全风险也会降低。
缺点：1. 液态储氢技术需要通过极低的温度将氢气液化，这需要消耗大量的能源。
2. 液态储氢技术需要非常高的技术支持和专业知识，以确保氢气的安全和有效储存。
此外，这个技术相对较新，研究和开发成本比较高，需要长期的资金和技术投入。
三、液态储氢技术的应用情况液态储氢技术在汽车和工业领域均得到了广泛应用。
氢储存运输及加注技术教学课件：2.1高压储氢原理
➢ 已知温度为20℃，压力为35MPa，Z=1.225，可以计算出氢气密度为：
ρ=
35×106×2
= 23.44kg/m3
1.225×8.314×（20+273.15）
➢ 若压力增加到70MPa，Z=1.459，氢气密度为：
= 23.44kg/m3
1.225×8.314×（20+273.15）
➢ 相对35MPa提高了1.68倍
ρ=
70×106×2
1.459×8.314×（20+273.15）
= 39.37kg/m3来自高压储氢原理实际气体与理想之间的区别：
实际气体氢气分子之间存在作用力，氢气本
身占有体积。
压缩因子反映了实际气体与理想气体的偏离
温度下，压力升高到70MPa，Z=1.459，请计算氢气相对密度35MPa下提高了多少。
压缩因子的定义式
密度的定义式
氢气密度计算公式
Z = PV/nRT
Ρ = m/V
PM2
ρ=
ZRT
高压储氢原理
例题
氢气在20℃、35MPa压力下的压缩因子Z=1.225，请计算在该条件下氢气的密度。在同一
温度下，压力升高到70MPa，Z=1.459，请计算氢气相对密度35MPa下提高了多少。
似认为是理想气体，服从理想气体状态方程。
实际气体
➢ 1.分子之间有相互作用力
➢ 2.分子本身占有体积
温度的降低
氢气的性质越来越偏
离理想气体的性质，
压力的升高
范德华方程不再适用
高压储氢原理
P+
Vm
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。
固态储氢材料原理
固态储氢材料原理
固态储氢材料是一种新型的储氢材料，它将氢气以化学键的形式存储在晶体结构中。
固态储氢材料的储氢原理可分为三种类型：物理吸附、化学吸附和化合物。
1. 物理吸附：物理吸附基于氢气与材料表面之间的非化学相互作用。
材料表面的小孔和孔隙能够吸附氢气，并在一定温度和压力下释放氢气。
这种储氢方式具有很高的储氢容量，但氢气的吸附和释放需要较高的温度和压力。
2. 化学吸附：化学吸附是固态储氢材料最常见的储氢方式。
它基于氢气和储氢材料之间的化学反应，将氢气转化为化学键形式存储在材料中。
这种储氢方式具有较高的储氢容量和低温低压下的高效吸附和释放。
3. 化合物：化合物是一种将氢气与其他元素形成化学键的储氢方式。
当氢气与储氢材料中的元素反应时，形成具有高储氢容量的化合物。
这种储氢方式具有很高的储氢密度，但是需要较高的温度和氢气压力才能实现。
固态储氢材料的研究和开发是一个重要的领域，它在未来能够为氢能产业的发展提供可靠、高效和安全的储氢解决方案。
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储氢电池工作原理
储氢电池工作原理
储氢电池是一种将氢气以化学能形式存储的装置，其工作原理如下：
1. 氢气储存：储氢电池通过吸附剂、化学物质或储氢合金等材料，将氢气吸附或储存在其内部。
这些材料具有高储氢容量和较低的氢吸附/解吸能量。
2. 氢气释放：当需要释放氢气时，储氢材料经过加热或其他方法，释放出储存的氢气。
这些过程可以通过热解、物理吸附解吸或化学反应来实现。
3. 氢气与电极反应：释放出的氢气与电极上的催化剂相互作用，发生氧化还原反应。
在阳极（正极），氢气氧化成离子（H+）并释放电子；在阴极（负极），氧化剂（如氧气或空气）还原成水（H2O）。
4. 电流产生：阴、阳极之间释放的电子通过外部电路，形成电流，提供电力给外部设备。
5. 氢气再吸收：在电池不使用时，储氢材料可以再次吸收环境中的氢气，进行再次储存和循环使用。
总的来说，储氢电池的工作原理是通过吸附、储氢、释放、氧化还原反应、电流产生和氢气再吸收等过程，实现氢气的储存和反应，进而提供电能的转化和利用。
简述储氢的特殊性原理及应用
简述储氢的特殊性原理及应用1. 引言储氢技术是一种将氢气储存起来，以便在需要时使用的技术。
近年来，随着清洁能源的重要性日益凸显，储氢技术在能源存储领域得到了广泛关注。
储氢具有独特的性质，它不仅具有高能量密度、无污染等优势，还可以作为可再生能源的重要储存形式。
本文将简要介绍储氢的特殊性原理及其应用。
2. 储氢的特殊性原理储氢的特殊性原理主要包括以下几个方面：2.1 物理吸附物理吸附是指氢气分子在吸附材料表面通过范德华力与表面相互作用的现象。
吸附材料通常是由多孔材料组成，例如活性炭、金属有机骨架材料（MOFs）等。
物理吸附具有吸附和解吸速度快、容易操作等优点。
2.2 化学吸附化学吸附是指氢与吸附材料表面产生化学键连接的现象。
常见的化学吸附材料包括金属氢化物和复合材料等。
化学吸附具有高储氢容量、高吸附热等优点。
2.3 相变储氢相变储氢是指将氢气通过压缩或冷却使其转变为液态或固态形式储存的方法。
相变储氢具有储氢密度高、储氢稳定等优点。
常见的相变储氢材料包括氢化物、氮化物等。
3. 储氢的应用储氢技术在能源领域具有广泛的应用潜力，主要包括以下几个方面：3.1 燃料电池车储氢作为一种清洁能源的储存形式，可以被应用于燃料电池车。
在燃料电池车中，储氢被用作燃料，通过与氧气反应产生电能，并排放出水。
燃料电池车具有零排放、高能效等优点。
3.2 能源存储储氢技术还可以用于能源存储。
随着太阳能和风能等可再生能源的快速发展，能源存储成为了一项重要的技术需求。
储氢可以将可再生能源储存起来，以便在需要时使用。
3.3 航天科技储氢技术在航天科技领域也得到了广泛应用。
在太空飞行中，储氢被广泛用作燃料，以提供推进力。
储氢的高能量密度使得它成为航天器的理想燃料选择。
3.4 储氢能源站储氢能源站是将储氢技术应用到实际能源供应系统中的一个重要领域。
储氢能源站可以通过储氢技术将多余的电能转化为氢气储存起来，以备不时之需。
这些氢气可以用于供应燃料电池车辆、工业用气等。
高压气态储氢技术详细介绍
高压气态储氢技术详细介绍
高压气态储氢技术是指将氢气储存在高压容器中的一种技术，用于氢气的储存和运输。
以下是对高压气态储氢技术的详细介绍：
1. 原理：高压气态储氢技术是利用高压容器将氢气压缩储存，以提高氢气的储存密度和充放氢效率。
通常，氢气会被压缩到200至700倍大气压以上，储存在高压容器中。
2. 储氢容器：高压气态储氢技术中所使用的储氢容器通常由高强度材料制成，如碳纤维增强复合材料、玻璃钢、铝合金等。
这些材料具有较高的强度和较低的重量，能够承受高压下的氢气。
3. 储氢压力：根据应用需求的不同，可以选择不同的储氢压力。
一般来说，工业应用中的储氢压力为200至700倍大气压，而汽车应用中的储氢压力一般在350至700倍大气压之间。
4. 储氢效率：高压气态储氢技术能够提高储氢效率，即在符合安全和经济要求的情况下，尽可能存储更多的氢气。
通过提高储氢压力，可以增加氢气的储存密度，减少容器体积和重量，提高运输和储存效率。
5. 应用领域：高压气态储氢技术广泛应用于氢能源领域，如氢能源发电、燃料电池电动汽车等。
它可以提供可再生能源的储存和平稳输出，促进清洁能源的利用和减少碳排放。
需要注意的是，尽管高压气态储氢技术具有许多优点，如高储氢密度和较高的储氢效率，但仍然存在一些挑战，如安全性、成本等方面的问题。
因此，在推广和应用这种技术时，需要综合考虑这些因素，并采取相应的措施来确保安全和经济性。
储氢合金的储氢原理
储氢合金的储氢原理
储氢合金的储氢原理在于金属(M)与氢生成金属氢化物(MHx) ：M + xH2 → MHx + H（生成热）。
金属与氢的反应，是一个可逆过程。
正向反应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。
改变温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的吸释氢功能。
具体来说，在一定温度和压力下，许多金属、合金或金属间化合物与氢能生成金属氢化物。
反应过程一般是在吸收少量的氢时，金属、合金或金属间化合物的结构不变，当氢含量提高到一定量时氢与金属、合金或金属间化合物化合生成金属氢化物，如果氢压高，可以形成过饱和氢化物。
金属、合金或金属间化合物与氢的反应是可逆过程，改变温度和压力条件可以使金属氢化物释放出氢。
储氢材料表面由于氧化膜及吸附其他气体分子，初次使用一般几乎无吸氢能力，或者需经历较长时间。
通常要进行活化处理，其工艺是在高真空中加热到3000℃后，通以高纯氢，如此反复数次破坏表面氧化膜并被净化，而获得良好的反应活性。
储氢合金的储氢原理
储氢合金的储氢原理
储氢合金是一种特殊的材料，可以吸收、存储和释放氢气。
其储氢原理基于物理吸附和化学吸附两个主要机制。
物理吸附是指氢气分子在储氢合金材料的表面上通过范德华力与吸附位点相互作用。
这种吸附是可逆的，氢气在较低温度和较高压力下被储存，并且在相同条件下释放。
物理吸附的储氢容量取决于合金材料的孔隙结构和表面积，以及温度和压力。
化学吸附是指氢气分子与储氢合金材料中的金属原子发生化学键形成化合物，从而实现氢气的储存。
与物理吸附不同，化学吸附是不可逆的，需要高温和较高压力才能释放储存的氢气。
化学吸附的储氢容量取决于合金材料中金属原子的活性和可储存氢气的化学键的数量。
储氢合金的设计和制备需要考虑上述储氢原理。
合金材料的选择应基于其具有高表面积和适当的孔隙结构，以达到较高的物理吸附储氢容量。
同时，合金中的金属原子需要具有良好的催化活性和与氢气反应形成化合物的能力，以实现较高的化学吸附储氢容量。
综上所述，储氢合金的储氢原理主要通过物理吸附和化学吸附两种机制实现。
物理吸附是可逆的，而化学吸附是不可逆的，两种机制共同作用可提供高效的氢气储存和释放。
这为氢能源的应用提供了一种可行的储氢技术。
储氢材料的储氢原理
储氢材料的储氢原理储氢材料是一类能够吸附、储存和释放氢气的物质。
它们通常由金属或非金属材料构成，具有较高的氢气吸附能力。
在储氢材料中，氢气分子以氢键或作为氢化物与材料表面或晶体结构之间的化学键形成相互作用。
储氢材料的储氢原理主要有物理吸附、化学吸附、氢化物和电化学吸附。
物理吸附是一种通过van der Waals力吸附氢气的储氢机制。
在物理吸附过程中，氢气分子与储氢材料之间的相互作用是弱的非共价力。
扩大储氢材料的比表面积可以提高物理吸附氢气的容量。
物理吸附的储氢材料一般具有较低的储氢温度和压力要求。
化学吸附是一种通过化学键吸附氢气的储氢机制。
在化学吸附过程中，储氢材料通过与氢气分子之间的化学反应形成强的化学键。
常用的储氢材料有过渡金属和其合金，如镍、钛、铌等。
化学吸附储氢材料的储氢温度和压力一般较高。
氢化物是一种通过形成金属氢化物结构来储存氢气的储氢机制。
在氢化物储氢材料中，氢气分子以金属原子为中心与材料表面或晶体结构之间形成化学键。
氢化物储氢材料的储氢容量相对较高，可以实现高密度储氢。
但氢化物在常温下释放氢气的动力学过程较慢，需要加热或加压来实现释放。
电化学吸附是一种利用电化学电位差来控制氢气吸附和释放的储氢机制。
在电化学储氢材料中，氢气分子通过吸附或离子态与材料表面形成化学键。
电化学储氢材料可以实现快速的氢气吸附和释放，具有较高的储氢动力学性能。
目前正在研究的一些电化学储氢材料包括氢化硼、氮化硼和碳纳米管等。
总的来说，储氢材料的储氢原理主要包括物理吸附、化学吸附、氢化物和电化学吸附。
不同的储氢机制适用于不同的应用需求和储氢条件。
研究和开发高效、经济、可持续的储氢材料对于促进氢能源技术的发展和应用具有重要意义。
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Seminar I
镁系
Fuel Cell R&D Center
典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验 室首先报道
? 储氢容量高
jjkkl
? 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
2019/4/6
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Seminar I
钛/锆系
Fuel Cell R&D Center
? 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
?用于：氢汽车储氢、电池负极 Ovinic
全的储氢技术是当务之急
?车用氢气存储系统目标：
IEA: 质量储氢容量 >5%; 体积容量 >50kg(H 2)/m3 DOE : >6.5%, > 62kg(H2)/m3
2019/4/6
4
二、不同储氢方式的比较
气态储氢：
1) 能量密度低 2) 不太安全
液化储氢：
1) 能耗高 2) 对储罐绝热性能要求高
金属氢化物储氢特点
?反应可逆
M + x/2H2
Des. Abs.
MHx + ?H
?氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠
?较高的储氢体积密度
2019/4/6
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
Position for H occupied at HSM
Hydrogen on Tetrahedral Sites
0
1
2
3
4
5
Hydrogen storage capacity (wt%)
2019/4/6
8
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
三、储氢材料技术现状
?3.1 金属氢化物 ?3.2 配位氢化物 ?3.3 纳米材料
2019/4/6
9
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
2.2 氢含量比较
Fuel Cell R&D Center
Hydrogen storage capacity (wt%)
0
1
2
3
4
5
LaNi H 56
TiFeH 1.9
1.4wt%
per weight
1.8wt%
Mg NiH
2
4
3.6wt%
Carbon nanotube (RT,10MPa 氢压)
4.2wt%
Seminar I
一、绪言
Fuel Cell R&D Center
氢－二十一世纪 的绿色能源
2019/4/6
1
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
1.1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！！！
（科技日报，2004年2月25日，第二版）
2019/4/6
Hydrogen on Octahedral Sites
11
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
3.1 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
2019/4/6
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Seminar I
稀土镧镍系储氢合金
Fuel Cell R&D Center
?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！！！
?人类的出路何在？－新能源研究势在必行！！！
2019/4/6
2
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
1.2 氢能开发，大势所趋
?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
? 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
实际使用时需对合金进行表面改性处理
2019/4/6
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
PCT curves of TiFe alloy
2019/4/6
TiFe(40 ℃)
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Seminar I
TiFe alloy
Fuel Cell R&D Center
Characteristics:
?氢的热值高，燃烧产物是水－零排放，无污
染 ，可循环利用
?氢能的利用途径多－燃烧放热或电化学发电 ?氢的储运方式多－气体、液体、固体或化合物
2019/4/6
3
Seminar I
Fuel Cell R&D Center
1.3 实现氢能经济的关键技术
?廉价而又高效的制氢技术
?安全高效的储氢技术－开发新型高效的储氢材料和安
? two hydride phases;
? ? phase (TiFeH1.04) & ? phase (TiFeH1.95 ) ? 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 → 2.13TiFeH1.04 ? 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 → 2.20TiFeH1.95
2019/4/6
2019/4/6
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
PCT curves of LaNi 5 alloy
2019/4/6
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Seminar I
钛铁系
Fuel Cell R&D Center
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
2019/4/6
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Seminar I
Fuel Cell R&D Center
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℃ ，
2019/4/6
5
二、不同储氢方式的比较
固态储氢的优势：
1) 体积储氢容量高 2) 无需高压及隔热容器 3) 安全性好，无爆炸危险 4) 可得到高纯氢，提高氢的附加值
2019/4/6
6
Seminar I
2.1 体积比较
Fuel Cell R&D Cinar I