储氢材料综述ppt课件
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不同脱氢反应路径焓变示意图[3]
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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。
II. 络合氢化物储氢量高，但是放氢困难，常用掺杂等方 法改善其性能。
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参考文献
[1]胡子龙. 贮氢材料[M]. 北京：化学工业出版社, 2002. [2]Liu Y,Chu L,Zhou H,Gao M,Wang Q.A novel catalyst precursor K2YiF6 with remarkable synergetic effects of K,Ti and F together on reversible hydrogen storage of NaAlH4[J].Chem.Commun,2011,47:1740-1742. [3]Vajo J J,Olson G L.Hydrogen storage in destabilized chemical systems[J].Scripta Mater,2007,56:829-834. [4]李永涛.配位氢化物的储氢特性研究[D].复旦大学,2011.
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络合氢化物性能改善
掺杂
掺杂改善了配位氢化物的脱氢性能.[4]
K2TiF6掺杂NaAlH4体系 与纯NaAlH4脱氢相比, 动力学性能显著提高
KK2TiF6掺杂NaAlH4与纯NaAlH4样品的脱氢曲线[3]
.
阴阳离子替代 阴阳离子替代改善价键结合能，进而改善热稳定性
和动力学性能[4]
•阳离子替代 用Li原子部分替代对Na3AlH6中的Na原子,形成
所需温度低,研究的重点是提高储氢温度。
碳纳米材料 碳纳米材料包括碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等
。 碳纳米纤维吸氢量可达5wt%～10wt%。 碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，纯单
壁碳纳米管的常温储氢容量高达5wt%～10wt%。缺点是成 本过高。
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化学方式储氢
金属（合金）储氢材料 络合氢化物储氢材料
储氢材料研究概况
.
目录
储氢材料的要求 储氢材料的分类 小结
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储氢材料的要求
单位质量、单位体积吸氢量高 不易于空气中的气体反应 用于储氢时生成热小 反复吸放氢时粉化倾向小 成本低
.
储氢材料分类
物理方式储氢 化学方式储氢
.
物理方式储氢
活性炭、碳纳米材料等利用物理吸附储氢。 活性炭
Na2LiAlH6,该氢化物平台压降低。
•阴离子替代 用F原子部分替代Na3AlH6中的H原子,形成Na3AIH6-xFx,
该氢化物展现了较好的平台性能。
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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
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氮氢化物
典型代表:LiNH2 Li3N+2H2 ↔LiH+Li2NH+H2 ↔LiNH2+2LiH 储氢量约10.5wt%
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氨硼烷
氨硼烷(NH3BH3) NH3BH3 ↔(NH2BH2)n+H2 ( 70-112℃) (NH2BH2)n ↔(NHBH)n+nH2(155℃-350℃) (NHBH)n ↔nBN+n/2H2 (大于350℃） 前两步放氢量约10wt%。 难点是实现低温脱氢和抑制杂质副产物
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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%
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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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金属（合金）储氢材料
金属（合金）储氢材料与氢反应：MnH2 MHn 2
M—金属或者合金
吸氢放热，放氢吸热
由P-C-T曲线图可知， 反应进行的方向取决于 温度和氢压力。
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P-C-T曲线图[1]
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
.
谢谢观看
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AB2 V和V基固溶体
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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％。
优点：吸氢量大、易活化、不易中毒、平衡压力适 中、滞后小、吸放氢快等。
缺点：易粉化、成本高。
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A2B型
典型代表：Mg2Ni
在1.4 MPa、200℃条件下： Mg2Ni+2H2 ↔Mg2NiH4
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金属储氢材料的改良： 改变化学计量 元素替代
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络合氢化物
概念：碱金属和碱土金属与氢化合形成配位氢化 物。
优点：质量储氢密度高
缺点：(1)放氢动力学和可逆吸放氢性能Leabharlann Baidu。 (2)配位氢化物放氢一般多步进行，每步放氢条 件不一样，因此，实际储氢量和理论值有较大差 别。
常见的有：铝氢化物 硼氢化物 氮氢化物
典型代表：ZrMn2 储氢量约1.8wt%。 优点：储氢量大、易活化、反应速度快。 缺点：氢化物生成热大，吸放氢平台压力低，成本高。
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V和V基固溶体
典型代表：(V0.9Ti0.1)0.95Fe0.05 储氢量约3.7wt%。 优点：储氢密度较大，平衡压适中，能在室温条件下大 量储氢，尤其是抗粉化性能好 缺点：合金熔点高、价格昂贵、制备相对比较困难、对 环境不太友好、不适合大规模应用
储氢量约3.6wt％。
优点：密度小、储氢容量高、价格低廉、资源丰富。
缺点：活化困难，反应速度慢，放氢温度高。
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AB型
典型代表：TiFe
室温下，平衡氢压为0.3MPa
储氢量约1.86wt%。
优点：储氢量大，放氢温度低,价格低廉，资源丰富。 缺点：活化困难，滞后较大，易中毒，反复吸氢性能降 。
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AB2型
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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。
II. 络合氢化物储氢量高，但是放氢困难，常用掺杂等方 法改善其性能。
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参考文献
[1]胡子龙. 贮氢材料[M]. 北京：化学工业出版社, 2002. [2]Liu Y,Chu L,Zhou H,Gao M,Wang Q.A novel catalyst precursor K2YiF6 with remarkable synergetic effects of K,Ti and F together on reversible hydrogen storage of NaAlH4[J].Chem.Commun,2011,47:1740-1742. [3]Vajo J J,Olson G L.Hydrogen storage in destabilized chemical systems[J].Scripta Mater,2007,56:829-834. [4]李永涛.配位氢化物的储氢特性研究[D].复旦大学,2011.
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络合氢化物性能改善
掺杂
掺杂改善了配位氢化物的脱氢性能.[4]
K2TiF6掺杂NaAlH4体系 与纯NaAlH4脱氢相比, 动力学性能显著提高
KK2TiF6掺杂NaAlH4与纯NaAlH4样品的脱氢曲线[3]
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阴阳离子替代 阴阳离子替代改善价键结合能，进而改善热稳定性
和动力学性能[4]
•阳离子替代 用Li原子部分替代对Na3AlH6中的Na原子,形成
所需温度低,研究的重点是提高储氢温度。
碳纳米材料 碳纳米材料包括碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等
。 碳纳米纤维吸氢量可达5wt%～10wt%。 碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，纯单
壁碳纳米管的常温储氢容量高达5wt%～10wt%。缺点是成 本过高。
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化学方式储氢
金属（合金）储氢材料 络合氢化物储氢材料
储氢材料研究概况
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目录
储氢材料的要求 储氢材料的分类 小结
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储氢材料的要求
单位质量、单位体积吸氢量高 不易于空气中的气体反应 用于储氢时生成热小 反复吸放氢时粉化倾向小 成本低
.
储氢材料分类
物理方式储氢 化学方式储氢
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物理方式储氢
活性炭、碳纳米材料等利用物理吸附储氢。 活性炭
Na2LiAlH6,该氢化物平台压降低。
•阴离子替代 用F原子部分替代Na3AlH6中的H原子,形成Na3AIH6-xFx,
该氢化物展现了较好的平台性能。
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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
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氮氢化物
典型代表:LiNH2 Li3N+2H2 ↔LiH+Li2NH+H2 ↔LiNH2+2LiH 储氢量约10.5wt%
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氨硼烷
氨硼烷(NH3BH3) NH3BH3 ↔(NH2BH2)n+H2 ( 70-112℃) (NH2BH2)n ↔(NHBH)n+nH2(155℃-350℃) (NHBH)n ↔nBN+n/2H2 (大于350℃） 前两步放氢量约10wt%。 难点是实现低温脱氢和抑制杂质副产物
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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%
.
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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金属（合金）储氢材料
金属（合金）储氢材料与氢反应：MnH2 MHn 2
M—金属或者合金
吸氢放热，放氢吸热
由P-C-T曲线图可知， 反应进行的方向取决于 温度和氢压力。
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P-C-T曲线图[1]
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
.
谢谢观看
.
AB2 V和V基固溶体
.
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％。
优点：吸氢量大、易活化、不易中毒、平衡压力适 中、滞后小、吸放氢快等。
缺点：易粉化、成本高。
.
A2B型
典型代表：Mg2Ni
在1.4 MPa、200℃条件下： Mg2Ni+2H2 ↔Mg2NiH4
.
金属储氢材料的改良： 改变化学计量 元素替代
.
络合氢化物
概念：碱金属和碱土金属与氢化合形成配位氢化 物。
优点：质量储氢密度高
缺点：(1)放氢动力学和可逆吸放氢性能Leabharlann Baidu。 (2)配位氢化物放氢一般多步进行，每步放氢条 件不一样，因此，实际储氢量和理论值有较大差 别。
常见的有：铝氢化物 硼氢化物 氮氢化物
典型代表：ZrMn2 储氢量约1.8wt%。 优点：储氢量大、易活化、反应速度快。 缺点：氢化物生成热大，吸放氢平台压力低，成本高。
.
V和V基固溶体
典型代表：(V0.9Ti0.1)0.95Fe0.05 储氢量约3.7wt%。 优点：储氢密度较大，平衡压适中，能在室温条件下大 量储氢，尤其是抗粉化性能好 缺点：合金熔点高、价格昂贵、制备相对比较困难、对 环境不太友好、不适合大规模应用
储氢量约3.6wt％。
优点：密度小、储氢容量高、价格低廉、资源丰富。
缺点：活化困难，反应速度慢，放氢温度高。
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AB型
典型代表：TiFe
室温下，平衡氢压为0.3MPa
储氢量约1.86wt%。
优点：储氢量大，放氢温度低,价格低廉，资源丰富。 缺点：活化困难，滞后较大，易中毒，反复吸氢性能降 。
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AB2型