稀土储氢材料资料
5-1-稀土储氢材料(共77张)
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• 如果按每千克燃料所放出的热量来进行计算，
氢气为120918KJ，液化气为45367KJ。 • 氢能不但是一种高效，干净，无毒，无二
次污染的理想能源，而且氢的储量用之不尽， 加上氢能应用广泛(guǎngfàn)、适应性强、可用 作燃料电池发电，也可用于氢能汽车、化学 热泵等。因此，氢能的开发和利用成为世界 各国特别关注的科技领域。
是极为(jíwéi)有利的。 汽车用贮氢材料的要求： 工作压力（105~106Pa），储氢量（4%~5%）， 工作温度（273~373K）要同时满足3个指标。
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当今汽车工业给环境带来恶劣的影响， 因此(yīncǐ)汽车工业一直期望用以氢为能源的 燃料电池驱动的环境友好型汽车来替代。
T1,P1 T2,P2
MH x(s) +ΔH
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3个反应 过程： (fǎnyìng)
1.开始吸收小量氢后，形成合氢固
1
溶体（相），合金结构保持不变 ，其固溶度[H]M与固溶体平衡氢
压的平方根成正比：
p1/ 2 H2
[H]M
固溶体进一步与氢反应，产生相
2
变，生成氢化物相（相）：
x是固溶体中的氢平衡 浓度， y是合金氢化物 中氢的浓度，一般yx,
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从表中可知，金属氢化物的氢密度(mìdù)与液态氢、
固态氢的相当，约是氢气的1000倍。
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另外，一般贮氢材料中，氢分解压较低，所 以用金属(jīnshǔ)氢化物贮氢时并不必用 101.3MPa(1000atm)的耐压钢瓶。
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第四章、稀土贮氢材料的制备
• •
• •
B端：难以形成稳定氢化物的吸热型金属，Ni、Fe、 Co、Mn、Cu、Al等
常用稀土元素的性质 金属
La
熔点/℃ 相对原子 密度 /(g.cm-3) 质量
138.91 6.17 920
沸点/℃
3460
燃点/℃
_
Ce
Pr Nd Sm
140.12
140.91 144.2 150.4
6.80
6.78 7.0 7.52
798
910 1060 1016
3424
3510 3070 1800
165
290 270 _
Mm
139.6~1 41
6.5~7.0
870~95 0
_
_
混合稀土金属的典型成分
元素
1 TREM 99 La Ce Pr Nd 26.8 51.92 5.27 16.98 2 ≥98 20~30 ﹥48 4~7 13~18 3 99.5 35.4 45.2 4.4 14.2 4 ≥98 43.3 0.65 11.99 43.71
• 稀土贮氢材料的制备方法： • 感应熔炼法、电弧熔炼法、熔体急冷法（快淬法、 • 速凝法）、气体雾化法、机械合金化法、粉末烧结法等。
贮氢材料制备方法及特征
制造方法 电弧熔炼法 高频感应加热法 熔体急冷法 气体雾化法 机械合金化法 还原扩散法 合金组织特征 接近平衡相，偏析少 缓冷时发生宏观偏析 非平衡相、非晶相、微晶粒柱状晶 组织，偏析少 非平衡相、非晶相、微晶粒等轴晶 组织，偏析少 纳米晶结构、非晶相、非平衡相 热扩散不充分时，组成不均匀 方法特征 适于实验及少量生产 价廉，适于大量生产 容易粉碎 球状粉末，无需粉碎 粉末原料，低温处理 不需粉碎，低成本
稀土储氢材料
稀土储氢材料
稀土储氢材料是一类具有很高储氢容量和较低吸放氢温度的储氢材料。
稀土元素由于其特殊的电子结构和原子尺寸，使得其化合物具有较高的储氢能力，因此成为了储氢材料研究的热点之一。
首先，稀土储氢材料的储氢机制主要包括物理吸附和化学吸附两种方式。
在物理吸附中，氢气以分子形式吸附在材料表面，而在化学吸附中，氢气会与稀土元素发生化学反应，形成化合物储存在材料中。
这两种方式相互作用，共同提高了稀土储氢材料的储氢能力。
其次，稀土储氢材料的储氢性能受到多种因素的影响。
首先是晶体结构，稀土储氢材料的晶体结构对其储氢性能有着重要影响，合适的晶体结构可以提高材料的储氢能力。
其次是表面积和孔隙结构，较大的表面积和合适的孔隙结构有利于提高储氢材料的吸氢速率和储氢容量。
此外，稀土元素的种类和含量、材料的热稳定性等因素也会对储氢性能产生影响。
最后，稀土储氢材料在氢能领域具有广泛的应用前景。
随着氢能技术的发展，稀土储氢材料将成为氢能储存和传输的重要材料。
此外，稀土储氢材料还可以应用于氢燃料电池、氢化物储氢系统等领域，为氢能产业的发展提供重要支撑。
总之，稀土储氢材料具有很高的储氢能力和广阔的应用前景，对于推动氢能技术的发展具有重要意义。
随着材料科学和氢能技术的不断进步，相信稀土储氢材料将会在未来发挥更加重要的作用。
6-3稀土贮氢材料
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电池充放电原理图：
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负极合金上的电极反应机理
碱性电解液中的电极反应机理模式图
充电时，在合金表 面上，由于水的电 化学还原生成氢原 子，氢原子被合金 吸收生成氢化物。 电子传导性及氢的 扩散速度对电极的 性能有很大影响。
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5 循环寿命
循环寿命（电化学循环稳定性）是电极材料最主要的性能指标之 一。在电化学循环过程中，放电容量会随循环次数的增加而降低。 一般将容量保持率达到60%时对应的循环次数定义为合金的循 环寿命。
不同种类合金电极的失效机理是不同的。对于稀土基AB5 型合金，合金的失效主要是吸氢和放氢过程中由于晶格的膨胀和 收缩而使电极合金粉化。
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1.镍-金属氢化物电化学原理
Ni-MH电池是以贮氢合金作负极，Ni(OH)2作正极， KOH水溶液作电解液的碱性蓄电池。这种蓄电池是利用吸氢合 金在电位变化时具有吸氢或释放氢的功能，实现电池充放电。 在充放电过程中，电极及电池反应为：M代表贮氢材料，MHx为 金属氢化物
放电容量
❖ 氢化物电极的电化学容量取决于余属氢化物MHx中的氢含 量x(=H/M,原子比)。根据法拉第电解定律,对吸氢量为x的 ABn型贮氢电极材料的理论电化学容量为：
❖ C=XF/3.6MW(mAh/g) (F=96484.56 C·mol-1) ❖ 式中F为法拉第常数,Mw为贮氢材料的分子量。以Mg2Ni为
了合金的动力学性能。动力电池要求合金具有很 好的动力学性能。一般说来，合金的放电容量随 放电电流密度的增加而减小，减小的幅度越小， 合金的倍率放电性能越好。合金的高倍率放电性 能与合金的晶粒大小及表面状态相关。凡降低氢 扩散系数的因素，均使合金的倍率放电性能下降。 ❖ 倍率：电池在规定时间内放出其额定容量时所输 出的电流值，数值上等于额定容量的倍数。如2倍 率的放电，表示放电电流数值的2倍，若电池容量 为3Ah，那么放电电流为2*3=6A。
稀土材料的储氢性能与应用
稀土材料的储氢性能与应用引言稀土材料是一类具有特殊化学性质和物理性质的材料，由于其出色的储氢性能在能源领域受到了广泛关注。
稀土材料的储氢性能包括储氢容量、吸附/解吸速率以及循环稳定性等方面，这些性能对于储氢技术的发展具有重要意义。
本文将着重介绍稀土材料的储氢性能及其在能源领域的应用。
稀土材料的储氢性能储氢容量稀土材料具有较高的储氢容量，这是其在储氢技术中的主要优势之一。
稀土元素具有特殊的电子结构，可以与氢原子形成稳定的化学键，从而实现高密度的氢储存。
以镧系金属为例，铈、镨、钕等元素具有较高的储氢容量，可以达到每克储氢量数百毫升以上。
吸附/解吸速率稀土材料的吸附/解吸速率对于储氢系统的高效运行至关重要。
一方面，较快的吸附速率可以提高储氢装置的充装效率；另一方面，较快的解吸速率可以提高氢在使用过程中的可利用性。
研究表明，一些稀土材料具有较快的吸附/解吸速率，可以满足实际应用的需求。
循环稳定性稀土材料的循环稳定性是评价其储氢性能的重要指标之一。
在储氢过程中，稀土材料要经历多次的吸附和解吸循环，对于保持较好的储氢性能具有至关重要的作用。
循环稳定性主要包括材料的吸附/解吸循环寿命以及材料的结构稳定性等方面。
稀土材料的循环稳定性影响着其在储氢系统中的长期稳定性和可靠性。
稀土材料的应用汽车工业稀土材料在汽车工业中的应用主要体现在储氢燃料电池车辆和氢气内燃机车辆等领域。
储氢燃料电池车辆利用稀土材料储存氢气，通过氢气与氧气的反应产生电能，从而驱动车辆。
氢气内燃机车辆则通过稀土材料储存氢气，并与空气中的氧气发生燃烧反应，从而产生动力。
稀土材料的优异储氢性能使得这些新能源汽车具有更高的续航里程和更短的充电时间，为汽车工业的发展带来了新的机遇。
能源储存稀土材料还可以应用于能源储存领域，如太阳能和风能储存等。
利用稀土材料的储氢性能，可以将太阳能和风能等可再生能源转化为氢气，并将氢气以稀土材料的形式储存起来。
在能源需求高峰期，可以将储存的氢气释放出来，供应能源需求。
稀土储氢材料
稀土储氢材料
稀土储氢材料是一类具有很高储氢容量和较低吸放氢温度的材料，是储氢材料
中的重要分支之一。
稀土元素是指镧系元素和镝、铽、钆等元素，它们具有丰富的电子结构和独特的化学性质，因此在储氢材料中具有重要的应用前景。
稀土储氢材料的研究和开发对于解决能源危机和环境污染问题具有重要意义。
稀土储氢材料具有以下特点：
首先，稀土元素具有较高的储氢容量。
稀土元素的原子结构决定了它们具有较
高的储氢能力，因此可以作为储氢材料的主要成分之一。
通过合金化、纳米化等方法，可以进一步提高稀土储氢材料的储氢容量，提高其在储氢领域的应用性能。
其次，稀土储氢材料具有较低的吸放氢温度。
由于稀土元素的特殊电子结构和
晶体结构，使得稀土储氢材料在吸放氢过程中具有较低的吸放氢温度，这对于储氢材料的实际应用具有重要意义。
较低的吸放氢温度可以降低储氢系统的能耗，提高储氢系统的效率，从而推动储氢技术的发展。
最后，稀土储氢材料具有良好的循环稳定性。
稀土元素与氢气的化学反应是可
逆的，因此稀土储氢材料具有良好的循环稳定性，可以反复进行吸放氢循环，不易发生氢化物的结构破坏和性能衰减，这对于储氢材料的长期稳定运行具有重要意义。
总的来说，稀土储氢材料具有较高的储氢容量、较低的吸放氢温度和良好的循
环稳定性，是储氢材料领域的研究热点之一。
未来，随着人们对清洁能源和可再生能源的需求不断增加，稀土储氢材料的研究和开发将会迎来更广阔的发展空间。
通过不断深入的研究和创新，稀土储氢材料有望成为未来储氢技术的重要支撑，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
稀土储氢材料
1.1 感应电炉的基本电路
4.2（3）坩埚内熔体温度的分布
低温区 中温区
中温区
高温区
低温区
• 4.3 感应熔炼用坩埚
• 坩埚是感应熔炼的重要组成部分，用于 装料冶炼，并起绝热、绝缘和传递能量 的作用。
贮氢材料的功能
稀土储氢材料 的应用领域
军事及民用
稀土储氢材料应用于国民经济中的 冶金、石油化工、光学、磁学、电 子、生物医疗和原子能工业的各大 领域的30 多个行业，但主要应用 领域是高性能充电电池—镍氢电池。
储氢材料的应用
储氢材料的其他应用
氢同位素分离
催化剂
真空绝热管 风能—热能
储能发电
5.展 望： 稀土功能材料已列入我国“十二五”期间
生物质
汽化
副产氢
微生物法
储氢系统
输送系统 氢的利用
化学工业
压缩
冷冻
车辆 冶金工业
加压 氢 精制
氢化物 碳材
船舶 管道
电子工业 航空航天
氢化物箱 燃料电池 有机液
玻璃微球
贮槽
发动机
家庭民用
1.什么是储氢材料
贮氢材料(Hydrogen storage materia在通常条件 下能可逆地大量吸收和放出氢气的特种金属材料
(3)在一密封容器中，金属氢化物所释放出 氢的压力与温度有一定关系，利用这种压 力可做机械功；
(4)金属氢化物在吸收氢过程中还伴随着 电化学性能的变化，可直接产生电能，这 就是电化学功能。
充分利用这化学、机械、热、电 四大功能，可以开发新产品；
同时，吸、放氢多次后，金属氢 化物会自粉碎成细粉，表面性能非常 活泼，用作催化剂很有潜力，这种表 面效应功能也很有开发前途
稀土储氢材料
稀土储氢材料稀土储氢材料，指的是由稀土元素构成的材料，能够作为储氢材料用于储存氢气。
稀土元素是指具有原子序数57～71的元素，在化学反应中具有较活泼的电子结构，因此能够与氢气进行反应，形成稀土氢化物。
稀土储氢材料具有储氢量大、储氢速率快、可充放电性能优良等优点，因此被广泛应用于氢能源、储氢材料等领域。
稀土储氢材料的储氢原理是通过物理吸附和化学吸附两种方式来储存氢气。
物理吸附是指氢气分子通过范德华力与材料表面进行吸附，而化学吸附则是指氢气分子与储氢材料发生化学反应，形成氢化物。
稀土储氢材料通常具有高表面积和丰富的晶格缺陷，这使得材料具有较高的吸附能力和反应活性，从而提高了储氢材料的储氢能力。
稀土储氢材料常见的有镧系、钇系、镨系等稀土元素组成的储氢材料。
这些材料具有较高的储氢容量，可以达到每克材料储存5～7%的氢气。
此外，稀土储氢材料还具有良好的热稳定性和循环稳定性，能够在不同温度和压力下进行多次充放电循环，不会发生材料结构的破坏和活性的下降。
稀土储氢材料的应用主要集中在氢能源和储氢材料领域。
在氢能源方面，稀土储氢材料可以作为氢燃料电池的储氢材料，通过释放储存的氢气来供应电池反应中的氧化还原反应。
在储氢材料方面，稀土储氢材料可以用于制备氢储存罐、氢气输送管道等储氢设备，实现氢气的安全储存和运输。
然而，稀土储氢材料也存在一些问题。
首先，稀土元素资源有限，稀土储氢材料的生产成本较高。
其次，稀土储氢材料在储氢和释放氢气时需要经过一系列的温度和压力变化，这对储氢设备的设计和制造提出了一定的要求。
此外，储氢材料在储氢循环过程中会出现材料的疲劳和结构的退化，影响了储氢材料的使用寿命。
总之，稀土储氢材料具有较高的储氢能力和优良的可充放电性能，被广泛应用于氢能源和储氢材料领域。
随着氢能源技术的不断发展和完善，相信稀土储氢材料会在未来得到更广泛的应用。