FuelCellR&DCenter 　　SeminarI 　　DalianInstituteofChemicalPhysics 　　储氢材料概述 　　报告人:赵平 　　指导教师:张华民研究员 　　FuelcellR&Dcenter 　　DalianInstituteofChemicalPhysics 　　ChineseAcademyofScience 　　2004年4月 　　SeminarI 　　一,绪言 　　氢-二十一世纪 　　的绿色能源 　　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) 　　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! 　　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 　　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 　　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(H2)/m3 　　DOE:>6.5%,>62kg(H2)/m3 　　二,不同储氢方式的比较 　　气态储氢: 　　能量密度低 　　不太安全 　　液化储氢: 　　能耗高 　　对储罐绝热性能要求高 　　二,不同储氢方式的比较 　　固态储氢的优势: 　　体积储氢容量高 　　无需高压及隔热容器 　　安全性好,无爆炸危险 　　可得到高纯氢,提高氢的附加值 　　2.1体积比较 　　2.2氢含量比较 　　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 　　金属氢化物储氢特点 　　反应可逆 　　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 　　Abs. 　　Des. 　　M+x/2H2 　　MHx+H 　　PositionforHoccupiedatHSM 　　HydrogenonTetrahedralSites 　　HydrogenonOctahedralSites 　　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 　　稀土镧镍系储氢合金 　　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 　　PCTcurvesofLaNi5alloy 　　钛铁系 　　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 　　实际使用时需对合金进行表面改性处理 　　PCTcurvesofTiFealloy 　　TiFe(40℃) 　　TiFealloy 　　Characteristics: 　　twohydridephases; 　　phase(TiFeH1.04)&phase(TiFeH1.95) 　　2.13TiFeH0.10+1/2H2→2.13TiFeH1.04 　　2.20TiFeH1.04+1/2H2→2.20TiFeH1.95 　　镁系 　　典型代表:Mg2Ni,美Brookhaven国家实验室首先报道 　　储氢容量高 　　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 　　钛/锆系 　　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 　　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℃,8MPa氢压下获得5%的可逆储放氢容量) 　　金属配位氢化物的的主要性能 　　℃ 　　3.3碳纳米管(CNTs) 　　1991年日本NEC公司Iijima教授发现CNTs 　　纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河 　　单壁纳米碳管束TEM照片 　　多壁纳米碳管TEM照片 　　纳米碳管吸附储氢: 　　HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR,RT,10MPa) 　　纳米碳管电化学储氢 　　开口多壁MoS2纳米