[课外阅读]神奇的储氢合金
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。
储氢合金储氢量
储氢合金储氢量
储氢合金是一种能够吸收和释放氢气的材料，被广泛应用于氢能源领域。
其储氢量是衡量其性能的重要指标之一。
储氢合金的储氢量取决于其晶体结构、化学成分、温度和压力等因素。
首先，储氢合金的晶体结构对储氢量有着重要影响。
一般来说，具有更大孔隙结构的晶体结构会有更高的储氢量。
这是因为更大的孔隙可以容纳更多的氢气分子，从而提高储氢效率。
其次，化学成分也是影响储氢量的重要因素。
不同的合金成分会对储氢性能产生显著影响。
例如，一些过渡金属合金能够形成氢化物，从而增加储氢量。
同时，添加催化剂等元素也能够提高储氢合金的储氢性能。
此外，温度和压力也是影响储氢量的重要因素。
一般来说，较低的温度和较高的压力有利于提高储氢合金的储氢量。
这是因为低温和高压能够促进氢气与储氢合金之间的吸附和脱附过程。
因此，要提高储氢合金的储氢量，可以通过优化合金的晶体结构和化学成分，以及控制温度和压力等手段来实现。
【试卷题目】
1.什么是储氢合金？
2.影响储氢合金储氢量的因素有哪些？
3.如何提高储氢合金的储氢量？。
储氢合金
利用储氢合金制造的制冷机
Chapter6 Metallic Materials
20
Chapter6 Metallic Materials
14
Example
在高压容器中装入贮氢合金的 “混合贮氢容器”
Chapter6 Metallic Materials
15
② H2的回收与纯化
氘－－氢的同位素,
它的原子核由一颗质
子和一颗中子组成。
其原子量为普通轻氢
的二倍,少量的存在于
天然水中,用于核反应,
Application 贮氢容器
节省能量，安全可靠——用贮氢合金贮氢，无 需高压及贮存液氢的极低温设备和绝热措施。
Chapter6 Metallic Materials
13
700标准大气压的储氢罐
Example
贮氢合金制作的贮氢装置
装到容器中的贮氢合金采用贮氢量为2.7%重量、合金密度为5g/cm3的材料。 对能够贮入5kg氢气的容器条件进行了推算。与压力相同（但没有采用贮 氢合金）的高压容器相比，重量增加了30%～50%，但是能够将体积缩小 30%～50%。
放，无污染，可循环利用。
3.氢的利用途径多——燃烧放热或电化学发电
4.氢气的存储方式多——气体，液体或固体化合物 5.可 直接用作发动机燃料、也可以以燃料电池方式驱动汽 车
氢气储存与储氢合金
在整个氢能系统中，储氢是最关键的环节。
储氢合金——在一定的温度和氢气压力下，可以多次吸收、 储存和释放氢气的合金材料。
⑦ 有确定的化学稳定性；
⑧ 对杂质敏感程度低；
⑨ 原料资源丰富，价格低廉；
⑩ 用作电极材料时具有良好的耐腐蚀性。
储氢合金的吸氢原理
储氢合金的吸氢原理
储氢合金是一种具有高储氢密度的材料，可以被用于氢能源的储存和运输。
它的吸氢原理是基于其晶格结构和化学成分。
一般来说，储氢合金可以分为两类：基于金属的合金和基于非金属的合金。
基于金属的储氢合金是由一种或多种金属元素组成的合金。
这种合金的氢储存能力主要是基于其金属原子之间的相互作用和晶格结
构的改变。
当氢分子接触到金属表面时，它们会被吸附并进入金属晶格中，产生一种金属-氢化物的化学键。
这种化学键能够稳定地储存氢分子，并在需要时释放出来。
基于非金属的储氢合金则是由非金属元素和金属元素组成的合金。
这种合金的氢储存能力主要是基于非金属原子之间的相互作用和亲和力。
例如，一些碳纳米管和石墨烯等非金属材料可以被用作储氢材料，因为它们的表面可以吸附氢分子并形成一种物理吸附的结构。
总体来说，储氢合金的吸氢原理是基于材料的化学成分和晶格结构。
通过设计和优化合金的结构和成分，可以提高其储氢能力，促进氢能源的应用和开发。
- 1 -。
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。
新型的储氢方法：储氢合金-2019年教学文档
新型的储氢方法：储氢合金传统储氢方法有两种：一种方法是利用高压钢瓶(氢气瓶)来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1%，而且还有爆炸的危险;另一种方法是储存液态氢，将气态氢降温到-253 0C变为液体进行储存，但液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化。
近年来，一种新型简便的储氢方法应运而生，即利用储氢合金(金属氢化物)来储存氢气。
研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。
其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。
这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。
储氢合金的储氢能力很强。
单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。
目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。
储氢合金还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。
例如，采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于99.9999%的超纯氢。
储氢合金是一种能在晶体的空隙中大量储存氢原子的合金材料。
这种合金具有可逆吸放氢的神奇性质。
它可以存储相当于合金自身体积上千倍的氢气，其吸氢密度超过液态氢和固态氢密度，即轻便又安全，显示出无比的优越性。
具有实用价值的储氢合金必须具备以下基本性能：1、储氢量大;2、容易活化;3、离解压力适中;4、在室温下吸放氢反应速度快;5、成本低寿命长。
储氢合金的飞速发展，给氢气的利用开辟了一条广阔的道路。
在工业领域独领风骚一个世纪的内燃机，很快就要面对以氢为能源的燃料电池的挑战。
对现有的内燃机做适当的改动后，就能在内燃机中使用氢来代替汽油作燃料。
近年来，国际车坛出现氢能汽车开发热，世界四大汽车公司――美国的福特、德国的戴姆勒-奔驰、美国的通用和日本的丰田，都在加快研制氢能汽车的步伐。
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。
储氢合金的主要应用
储氢合金的主要应用储氢合金的主要应用储氢合金是指以合金形式存在的一类具有良好储氢性能的金属材料，它以某些金属组份的混合物的形式存在，并具有高结构稳定性、抗氢脆性、较好的可焊性能等特点。
由于其优异的物理性能，储氢合金已经成为应用于氢能发电、氢气贮存及储氢系统中不可或缺的重要材料。
一、电动汽车电动汽车是近几年来新兴的绿色出行方式，按照动力源的不同分为汽油电动车、电动电池车和储氢电动车。
目前，储氢电动车随着氢能科技的发展，已经成为电动汽车技术的重要路径。
储氢电动车的发展必然要求储氢系统的安全可靠，因此，需要用到高能量密度、高结构稳定性和高抗氢脆性的储氢合金材料。
储氢合金能够满足电动汽车储氢系统对重量轻、体积小、成本低和安全可靠的要求，从而推动储氢电动车产业的发展。
二、氢能发电氢通常以储氢合金的形式存储，并用于氢能发电。
储氢合金的发展，使氢能发电的成本大大降低，从而促进氢能发电行业的发展。
目前，美国、日本和德国等国家的政府都在大力支持氢能发电技术的发展。
储氢合金不仅拥有良好的高能量密度和高结构稳定性，而且能够有效减少H2气体的泄漏，为氢能发电安全可靠提供了有力保障。
三、氢气贮存氢气贮存技术是一种在现有基础设施上发展的新型技术，主要使用储氢合金对氢气在日常贮存、运输和使用中实现有效调度，主要用于供应型和消耗型的氢气需求。
由于储氢合金具有良好的抗氢脆性能和高热稳定性，所以在氢气贮存系统中具有重要的地位。
储氢合金的应用使氢气贮存系统的技术发展有了质的飞跃，从而推动氢气贮存系统的应用。
四、其他应用除了上述应用外，储氢合金还可用于燃料电池、汽车发动机、航空发动机、航天火箭发动机等，这些应用领域也正在迅速发展。
总之，储氢合金是一种具有多种特性的金属材料，具有良好的高能量密度、高结构稳定性和高抗氢脆性等优异品质，经过多年的发展，储氢合金已经成为应用于氢能发电、氢气贮存和储氢系统中不可或缺的重要材料，为氢能技术的发展提供了有力的支撑。
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[课外阅读]神奇的储氢合金
传统储氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1％，而且还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，将气态氢降温到－253 0c变为液体进行储存，但液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化。
近年来，一种新型简便的储氢方法应运而生，即利用储氢合金（金属氢化物）来储存氢气。
研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。
其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。
这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。
储氢合金的储氢能力很强。
单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。
目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。
储氢合金还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。
例如，采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于99.9999%的超纯氢。
储氢合金电极储氢合金是一种能在晶体的空隙中大量储存氢原子的合金材料。
这种合金具有可逆吸放氢的神奇性质。
它可以存储相当于合金自身体积上千倍的氢气，其吸氢密度超过液态氢和固态氢密度，即轻便又安全，显示出无比的优越性。
具有实用价值的储氢合金必须具备以下基本性能：１、储氢量大；２、容易活化；３、离解压力适中；４、在室温下吸放氢反应速度快；５、成本低寿命长。
储氢合金的飞速发展，给氢气的利用开辟了一条广阔的道路。
在工业领域独领风骚一个世纪的内燃机，很快就要面对以氢为能源的燃料电池的挑战。
对现有的内燃机做适当的改动后，就能在内燃机中使用氢来代替汽油作燃料。
近年来，国际车坛出现氢能汽车开发热，世界四大汽车公司――美国的福特、德国的戴姆勒－奔驰、美国的通用和日本的丰田，都在加快研制氢能汽车的步伐。
中国已研制成功了一种氢能汽车，它使用储氢材料90千克，可行驶40千米，时速超过50千米。
今后，不但汽车会采用燃料电池，飞机、舰艇、宇宙飞船等运载工具也将使用燃料电池，作为其主要或辅助能源。
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