功能金属材料第四章贮氢合金.pptx

第四章贮氢合金

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！！！

氢能开发，大势所趋氢的储运方式多－气体、液体、固体或化合物氢能的利用途径多－燃烧放热或电化学发电03单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。氢的热值高，燃烧产物是水－零排放，无污染，可循环利用02单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。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01

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)/m3DOE:6.5%,62kg(H2)/m3

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

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

体积比较

氢含量比较

储氢材料技术现状金属氢化物01配位氢化物02纳米材料03

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金属氢化物储氢Abs.Des.M+x/2H2MHx+?H目前研制成功的：稀土镧镍系钛铁系镁系钛/锆系

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

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：HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forparison(datadeterninedbyIMR，RT，10MPa)

多壁纳米碳管电极循环充放电曲线，经过100充放电后?保持最大容量的70％单壁纳米碳管循环充放电曲线，经过100充放电后保持最大容量的80％

纳米材料储氢存在的问题：世界范围内所测储氢量相差太大：0.01（wt）%-67（wt）%,如何准确测定？储氢机理如何

01020304050607第一节金属的贮氢原理金属的贮氢原理金属氢化物的结构第二节贮氢合金材料钛系贮氢合金镁系贮氢合金稀土系贮氢合金

第一节金属的贮氢原理1添加标题贮氢合金2添加标题第三节贮氢合金的应用作为贮运氢气的容器氢能汽车、电池上的应用分离、回收氢制取高纯度氢气氢气静压机3添加标题基本要求：4添加标题掌握合金贮氢的原理；掌握贮氢材料的要求。了解几种贮氢材料、特点及应用。

第一节金属的贮氢原理贮氢合金一、金属的贮氢原理氢的存贮方式物理方式贮氢：如采用压缩、冷冻、吸附等方式；金属氢化物贮氢：氢化物具有优异的吸放氢性能外，还兼顾了很多其它功能。在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属间化合物（Me）与气态H2可逆反应生成金属固溶体MHx和氢化物MHy。反应分三步进行：

第一节金属的贮氢原理贮氢合金先吸收少量氢，形成含氢固溶体（α相）。其固溶度[H]M与固溶体平衡氢压的平方根成正比：

固溶体进一步与氢反应，产生相变，形成氢化物相（β相）：式中：x为固溶体中的氢平衡浓度，y是合金氢化物中氢的浓度，一般y≥x。第二步：第一节金属的贮氢原理贮氢合金再提高氢压，金属中的氢含量略有增加。第三步：

第一节金属的贮氢原理贮氢合金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。?改变温度和压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的稀释氢功能。氢在金属中的吸收和释放，取决于金属和氢的相平衡关系，影响相平衡的因素为温度、压力和组成。（也就是金属吸氢生成金属氢化物还是金属氢化物分解释放氢，受温度、压力和合金成分的控制）

第一节金属的贮氢原理贮氢合金图4-1M-H系统平衡压相图

第一节金属的贮氢原理p-c-T曲线是衡量贮氢材料热力学性能的重要特性曲线。通过该图可以了解金属氢化物中能含多少氢(％)和任一温度下的分解压力值。p-c-T曲线的平台压力、平台宽度与倾斜度、平台起始浓度和滞后效应，既是常规鉴定贮氢合金的吸放氢性能主要指标，又是探索新的贮氢合金