新型功能材料

1、*1材料學(xué)院：閆翠霞材料學(xué)院：閆翠霞材料是人類社會(huì)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展導(dǎo)致時(shí)代的變遷，推進(jìn)人類的物質(zhì)文明和社會(huì)進(jìn)步。*2“863”計(jì)劃：把新型材料定為我國(guó)高新技術(shù)規(guī)劃的7個(gè)主要研究領(lǐng)域之一“973計(jì)劃”：進(jìn)一步把功能材料技術(shù)作為重點(diǎn)的研究項(xiàng)目。*3以功能材料為主線，全面系統(tǒng)介紹目前國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展的各種新型功能材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能、制備和應(yīng)用，著重論述反映當(dāng)代功能材料科學(xué)發(fā)展的主要前沿領(lǐng)域。如：智能材料、形狀記憶材料、梯度功能材料、儲(chǔ)氫材料、功能陶瓷材料、超導(dǎo)材料、磁性材料、信息材料、光學(xué)功能材料、功能復(fù)合材料、生物醫(yī)用材料等。*4課程考核要求課程考核要求 平時(shí)出席平時(shí)出席/ /作業(yè)作業(yè)

2、 20%20%；課堂發(fā)表（課堂發(fā)表（5-105-10分鐘）分鐘）5%5%；個(gè)別討論個(gè)別討論 5%5%；課程論文課程論文 70%70%。 *5*6*7第一章第一章 功能材料概論功能材料概論主要內(nèi)容功能材料發(fā)展和分類加快發(fā)展高技術(shù)新材料的建議*8*9*10功能材料就是在這一前提下發(fā)展起來(lái)的。而新型功能材料是指新近發(fā)展起來(lái)和正在發(fā)展中的具有優(yōu)異性能和特殊功能，對(duì)科學(xué)技術(shù)尤其是對(duì)高技術(shù)的發(fā)展及新產(chǎn)業(yè)的形成具有決定意義的新材料。*11日本和歐美各國(guó)對(duì)日本和歐美各國(guó)對(duì)新型功能材料新型功能材料的研究十分的研究十分注意，這是因?yàn)楣δ懿牧鲜悄茉础⒂?jì)算機(jī)、通訊、注意，這是因?yàn)楣δ懿牧鲜悄茉?、?jì)算機(jī)、通訊、電子、激

3、光等現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)，功能材料在未來(lái)電子、激光等現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)，功能材料在未來(lái)的社會(huì)發(fā)展中具有重大戰(zhàn)略意義。的社會(huì)發(fā)展中具有重大戰(zhàn)略意義。 *12 近近10年來(lái)，功能材料成為材料科學(xué)和工程領(lǐng)年來(lái)，功能材料成為材料科學(xué)和工程領(lǐng)域中最為活躍的部分。每年以域中最為活躍的部分。每年以5以上的速度增以上的速度增長(zhǎng)，相當(dāng)于每年有長(zhǎng)，相當(dāng)于每年有1.25萬(wàn)種新材料問(wèn)世。未來(lái)世萬(wàn)種新材料問(wèn)世。未來(lái)世界需要更多的性能優(yōu)異的功能材料，功能材料正界需要更多的性能優(yōu)異的功能材料，功能材料正在滲透到現(xiàn)代生活的各個(gè)領(lǐng)域。在滲透到現(xiàn)代生活的各個(gè)領(lǐng)域。*13一、功能材料概況一、功能材料概況材料材料結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料（struct

4、ural materials)功能材料功能材料(functional materials)按性質(zhì)和實(shí)際應(yīng)用按性質(zhì)和實(shí)際應(yīng)用 結(jié)構(gòu)材料利用某些材料具有抵抗外力的作用而保持自己形狀和結(jié)構(gòu)不變的優(yōu)良力學(xué)性能（例如強(qiáng)度和韌性）來(lái)制造工具、機(jī)械、車輛以及修建房屋、橋梁、鐵路等，這些材料統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)材料。*14功能材料 這類材料相對(duì)于通常的這類材料相對(duì)于通常的而言，一般除了具有而言，一般除了具有機(jī)械特性外，還具有其他的功能特性。機(jī)械特性外，還具有其他的功能特性。 功能材料是指通過(guò)功能材料是指通過(guò)等作等作用后具有用后具有的材料。在國(guó)外，常將這類材料稱的材料。在國(guó)外，常將這類材料稱為為(Functional M

5、aterials)、(Speciality Materials)或或(Fine Materials)。*15（1 1）功能材料的功能對(duì)應(yīng)于材料的微觀結(jié)構(gòu)和微）功能材料的功能對(duì)應(yīng)于材料的微觀結(jié)構(gòu)和微觀物體的運(yùn)動(dòng)，這是最本質(zhì)的特征。觀物體的運(yùn)動(dòng)，這是最本質(zhì)的特征。（2 2）功能材料的凝聚態(tài)和形態(tài)非常多樣化，除了）功能材料的凝聚態(tài)和形態(tài)非常多樣化，除了晶態(tài)外，還有氣態(tài)、液態(tài)、液晶態(tài)、非晶態(tài)、準(zhǔn)晶態(tài)外，還有氣態(tài)、液態(tài)、液晶態(tài)、非晶態(tài)、準(zhǔn)晶態(tài)、混合態(tài)和等離子體態(tài)等。除了三維體相材晶態(tài)、混合態(tài)和等離子體態(tài)等。除了三維體相材料外，還有二維、一維和零維材料。料外，還有二維、一維和零維材料。（3 3）結(jié)構(gòu)材料常

6、以材料形式為最終產(chǎn)品，而功能）結(jié)構(gòu)材料常以材料形式為最終產(chǎn)品，而功能材料有相當(dāng)一部分是以元器件形式為最終產(chǎn)品，材料有相當(dāng)一部分是以元器件形式為最終產(chǎn)品，集材料元件一體化。集材料元件一體化。*16（4 4）功能材料是利用現(xiàn)代化的技術(shù)，多學(xué)科交叉）功能材料是利用現(xiàn)代化的技術(shù)，多學(xué)科交叉的知識(shí)密集型產(chǎn)物。的知識(shí)密集型產(chǎn)物。（5 5）功能材料的制備技術(shù)不同于結(jié)構(gòu)材料的傳統(tǒng)）功能材料的制備技術(shù)不同于結(jié)構(gòu)材料的傳統(tǒng)技術(shù)，而是采用許多先進(jìn)的新工藝和新技術(shù)，如技術(shù)，而是采用許多先進(jìn)的新工藝和新技術(shù)，如急冷、超凈、超微、超純、薄膜化、集成化、微急冷、超凈、超微、超純、薄膜化、集成化、微型化、密集化、智能化以及精

7、細(xì)控制和檢測(cè)技術(shù)。型化、密集化、智能化以及精細(xì)控制和檢測(cè)技術(shù)。 *1720世紀(jì)60年代：微電子工業(yè)促進(jìn)了半導(dǎo)體材料的迅速發(fā)展。70年代：“能源危機(jī)”促使各國(guó)開(kāi)發(fā)新能源和研制儲(chǔ)能材料。激光技術(shù)的出現(xiàn)，促進(jìn)了光學(xué)材料、光電子材料的發(fā)展。80年代：以高技術(shù)為中心的新技術(shù)革命，在歐美和日本等國(guó)興起，并迅速波動(dòng)世界各國(guó)。新技術(shù)革命的主要標(biāo)志：新型材料、信息技術(shù)、生物工程技術(shù)。*18發(fā)發(fā) 展展1.根據(jù)材料的物質(zhì)性進(jìn)行分類（1）金屬功能材料（2）無(wú)機(jī)非金屬材料（3）復(fù)合功能材料（4）有機(jī)功能材料*19a.磁性合金b.電性合金：超導(dǎo)材料c.形狀記憶合金:合金在低溫下被施加應(yīng)力產(chǎn)生變形，應(yīng)力去除后形變保留，但加

8、熱會(huì)逐漸消除形變，并回復(fù)原來(lái)形狀。*20反磁性材料：在磁場(chǎng)中不被吸引順磁性材料：在磁場(chǎng)中被微弱吸引鐵磁性材料：在磁場(chǎng)中個(gè)被強(qiáng)烈吸引d.醫(yī)用金屬材料*21*22無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 傳統(tǒng)非金屬材料傳統(tǒng)非金屬材料( (硅酸鹽材料硅酸鹽材料) )新型非金屬材料新型非金屬材料 *23*24*25*26*27*28古埃及玻璃制品古埃及玻璃制品戰(zhàn)國(guó)中晚期玻璃璧戰(zhàn)國(guó)中晚期玻璃璧*29*30玻璃儀器玻璃儀器鋼化玻璃幾種常見(jiàn)玻璃簡(jiǎn)介幾種常見(jiàn)玻璃簡(jiǎn)介普通玻璃普通玻璃因混有鐵的化合物顯淺綠色因混有鐵的化合物顯淺綠色藍(lán)玻璃藍(lán)玻璃紅玻璃紅玻璃化學(xué)儀器玻璃化學(xué)儀器玻璃如試管等如試管等光學(xué)儀器玻璃光學(xué)儀器玻璃如放大

9、鏡如放大鏡鋼化玻璃鋼化玻璃光纖玻璃光纖玻璃光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維：1964年年8月華裔月華裔科學(xué)家高錕首先提出用?？茖W(xué)家高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導(dǎo)線，被璃纖維代替金屬導(dǎo)線，被譽(yù)為譽(yù)為“纖維光學(xué)之父纖維光學(xué)之父”。比頭發(fā)絲還細(xì)的一對(duì)光導(dǎo)比頭發(fā)絲還細(xì)的一對(duì)光導(dǎo)纖維上同時(shí)傳送纖維上同時(shí)傳送3萬(wàn)門電話萬(wàn)門電話且中繼距離長(zhǎng)達(dá)且中繼距離長(zhǎng)達(dá)2050Km，保密性能好。，保密性能好。 在原料里加入某些金屬氧化在原料里加入某些金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，物均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻璃呈現(xiàn)出特征顏色。使玻璃呈現(xiàn)出特征顏色。 把普通玻璃放在把普通玻璃放在電爐里加熱，使它軟電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷

10、卻，化，然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。其機(jī)得到鋼化玻璃。其機(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃大械強(qiáng)度比普通玻璃大46倍，不易破碎。倍，不易破碎。*31c c、陶瓷、陶瓷 1 1）主要原料：）主要原料：2 2）優(yōu)點(diǎn)：）優(yōu)點(diǎn)：3 3）用途：）用途：粘土粘土*32景德鎮(zhèn)傳統(tǒng)名瓷之一的薄胎瓷*33景德鎮(zhèn)傳統(tǒng)名瓷之一的雕塑瓷景德鎮(zhèn)傳統(tǒng)名瓷之一的粉彩瓷*34陶瓷坩堝 陶瓷電子部件*35特性：1）能承受高溫，強(qiáng)度高2）具有電學(xué)特性3）具有光學(xué)特性4）具有生物功能 *36典型的新型無(wú)機(jī)非金屬材料典型的新型無(wú)機(jī)非金屬材料高溫結(jié)構(gòu)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷陶瓷光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維（光纖）（光纖）*37*38透明、耐高溫高壓鈉燈燈管透明、耐高溫高壓鈉

11、燈燈管a. 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷(人造剛玉人造剛玉)*39高溫爐管高溫爐管*40人造心瓣膜人造心瓣膜人造骨人造骨人造牙人造牙人造髖關(guān)節(jié)人造髖關(guān)節(jié)*41氮化硅陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)氮化硅陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)b.氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷*42*43陶瓷柴油機(jī)陶瓷柴油機(jī)*44航天飛機(jī)的機(jī)頭溫航天飛機(jī)的機(jī)頭溫度度2760 C，通常，通常采用采用SiC、Si 3N4復(fù)復(fù)合材料合材料航空飛機(jī)各部分耐溫圖*45 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱“光纖光纖”，又稱，又稱“導(dǎo)光纖維導(dǎo)光纖維”“”“光學(xué)纖光學(xué)纖維維”，是一種利用，是一種利用光的全光的全反射反射作用來(lái)傳導(dǎo)光線的透作用來(lái)傳導(dǎo)光線的透明度極高的明度極高的玻璃細(xì)絲玻璃細(xì)絲。如。如果將許多根經(jīng)過(guò)技術(shù)處理果

12、將許多根經(jīng)過(guò)技術(shù)處理的光纖繞在一起，就得到的光纖繞在一起，就得到我們常說(shuō)的光纜。我們常說(shuō)的光纜。光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維*46*47*48光光 纖纖 光光 纜纜 普普 通通 電電 纜纜 信息量大信息量大, ,每根光纖理論上可同時(shí)每根光纖理論上可同時(shí)通過(guò)通過(guò)1010億路電話億路電話 8 8管同軸電纜每條管同軸電纜每條通話通話18001800路路 原料來(lái)源廣原料來(lái)源廣( (石英玻璃石英玻璃), ),節(jié)約有色節(jié)約有色金屬金屬 資源較少資源較少 質(zhì)量小質(zhì)量小, ,每公里每公里27 27 g,g,不怕腐蝕不怕腐蝕, ,鋪鋪設(shè)方便設(shè)方便 每公里每公里1.6 1.6 t t 成本低成本低, ,每公里每公里1 1萬(wàn)元

13、左右萬(wàn)元左右 每公里每公里2020萬(wàn)元萬(wàn)元 性能好性能好, ,抗電磁干擾保密性強(qiáng)抗電磁干擾保密性強(qiáng), ,能能防竊聽(tīng)防竊聽(tīng), ,不發(fā)生電輻射不發(fā)生電輻射 光纜較普通電纜有何有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？光纜較普通電纜有何有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？ 49*獨(dú)特光學(xué)設(shè)計(jì)比最好的鹵獨(dú)特光學(xué)設(shè)計(jì)比最好的鹵素?zé)粝到y(tǒng)還要多輸出至素?zé)粝到y(tǒng)還要多輸出至 少少30%光強(qiáng)度；光強(qiáng)度；* 105廣角投射可減少扭廣角投射可減少扭動(dòng)照明器次數(shù)；動(dòng)照明器次數(shù)；* 微小型的照明器，最少干微小型的照明器，最少干擾手術(shù)視野，真正視覺(jué)線擾手術(shù)視野，真正視覺(jué)線 光線同軸照明；光線同軸照明；* 高度聚焦的點(diǎn)光源提供極高度聚焦的點(diǎn)光源提供極其明亮的深部和細(xì)節(jié)照其明

14、亮的深部和細(xì)節(jié)照明。明。 醫(yī)療醫(yī)療光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈*50內(nèi)窺鏡內(nèi)窺鏡*5152用途用途復(fù)合結(jié)構(gòu)材料復(fù)合結(jié)構(gòu)材料復(fù)合功能材料復(fù)合功能材料 以其力學(xué)性能如強(qiáng)度、剛度、以其力學(xué)性能如強(qiáng)度、剛度、形變等特性為工程所應(yīng)用，主要形變等特性為工程所應(yīng)用，主要用于結(jié)構(gòu)承力或維持結(jié)構(gòu)外形。用于結(jié)構(gòu)承力或維持結(jié)構(gòu)外形。 以其聲、光、電、熱、磁等物理特性為以其聲、光、電、熱、磁等物理特性為工程所應(yīng)用，用于如絕熱、透波、耐腐蝕、工程所應(yīng)用，用于如絕熱、透波、耐腐蝕、耐磨、減振或熱變形等熱、聲、光、電、磁耐磨、減振或熱變形等熱、聲、光、電、磁的功能要求。的功能要求。*53組成組成基體材料基體材料(連續(xù)相

15、連續(xù)相)功能體功能體(分散相分散相)粘結(jié)、保護(hù)纖維作粘結(jié)、保護(hù)纖維作用，某些情況下也用，某些情況下也起功能作用。起功能作用。 復(fù)合材料的功能特性主要由功復(fù)合材料的功能特性主要由功能體貢獻(xiàn)，加入不同特性的功能體能體貢獻(xiàn)，加入不同特性的功能體可得到特性各異的功能復(fù)合材料?？傻玫教匦愿鳟惖墓δ軓?fù)合材料。*54 單一功能復(fù)合材料中其功能性單一功能復(fù)合材料中其功能性質(zhì)雖然由功能體提供，但基體不僅質(zhì)雖然由功能體提供，但基體不僅起到粘結(jié)和賦形作用，同時(shí)也會(huì)對(duì)起到粘結(jié)和賦形作用，同時(shí)也會(huì)對(duì)復(fù)合材料整體的物理性能有影響。復(fù)合材料整體的物理性能有影響。 多元功能體的復(fù)合材料可以具多元功能體的復(fù)合材料可以具有多種功

16、能，同時(shí)還有可能由于產(chǎn)有多種功能，同時(shí)還有可能由于產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)而出現(xiàn)新的功能。生復(fù)合效應(yīng)而出現(xiàn)新的功能。*55 (1) 應(yīng)用面寬。根據(jù)需要可設(shè)計(jì)與制備出不同功能的復(fù)合應(yīng)用面寬。根據(jù)需要可設(shè)計(jì)與制備出不同功能的復(fù)合 材料，以滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求。材料，以滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求。(2) 研制周期短。研制周期短。 一種結(jié)構(gòu)材料從研究到應(yīng)用，一般需要一種結(jié)構(gòu)材料從研究到應(yīng)用，一般需要10-15 年左石，甚至更長(zhǎng)，而功能復(fù)合材料的研制周年左石，甚至更長(zhǎng)，而功能復(fù)合材料的研制周 期要短得多。期要短得多。(3) 附加值高。單位質(zhì)量的價(jià)格與利潤(rùn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料附加值高。單位質(zhì)量的價(jià)格與利潤(rùn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高

17、于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(4) 小批量，多品種。功能復(fù)合材料很少有大批量，小批量，多品種。功能復(fù)合材料很少有大批量， 但品種但品種 需求多。需求多。(5) 適于特殊用途。在不少場(chǎng)合，功能復(fù)合材料有著其他材料適于特殊用途。在不少場(chǎng)合，功能復(fù)合材料有著其他材料 無(wú)法比擬的使用特性。無(wú)法比擬的使用特性。*56（1）電學(xué)功能材料（2）磁學(xué)功能材料（3）光學(xué)功能材料（4）聲學(xué)功能材料（5）力學(xué)功能材料（6）熱學(xué)功能材料（7）化學(xué)功能材料（8）生物醫(yī)學(xué)功能材料（9）核功能材料*57非線性光學(xué)材料非線性光學(xué)材料發(fā)光材料發(fā)光材料紅外光學(xué)材料紅外光學(xué)材料感光材料感光材料激光材料激光材料光電功能材料光電功能材料聲光功能材料

18、聲光功能材料磁光材料磁光材料光記錄材料光記錄材料（1）信息材料（2）電子材料（3）電工材料（4）電訊材料（5）計(jì)算機(jī)材料（6）傳感材料（7）儀器儀表材料（8）能源材料（9）航空航天材料（10）生物醫(yī)用材料*58新型功能材料是指新近發(fā)展起來(lái)和正在發(fā)展中的具有優(yōu)異性能和特殊功能，對(duì)科學(xué)技術(shù)尤其是對(duì)高技術(shù)的發(fā)展及新產(chǎn)業(yè)額形成具有決定意義的新材料。*591.光電子信息材料2.功能陶瓷材料3.生物醫(yī)用材料4.能源材料5.生態(tài)環(huán)境材料6.智能材料*60醫(yī)用金屬和合金醫(yī)用生物陶瓷醫(yī)用高分子材料醫(yī)用復(fù)合生物材料一.大力發(fā)展新材料1.加快發(fā)展電子信息材料2.注重發(fā)展高性能的結(jié)構(gòu)材料3.努力發(fā)展新能源材料和節(jié)能材

19、料二.加強(qiáng)科技創(chuàng)新能力三.加速新材料研究成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化四.加強(qiáng)國(guó)際交流和合作*61*62化石能源的有限性與人類需求的無(wú)化石能源的有限性與人類需求的無(wú)限性限性石油、煤炭等主要能源將在未來(lái)數(shù)十年至石油、煤炭等主要能源將在未來(lái)數(shù)十年至數(shù)百年內(nèi)枯竭數(shù)百年內(nèi)枯竭！化石能源的使用正在給地球造成巨化石能源的使用正在給地球造成巨大的生態(tài)災(zāi)難大的生態(tài)災(zāi)難溫室效應(yīng)、酸雨等嚴(yán)重威脅溫室效應(yīng)、酸雨等嚴(yán)重威脅地球動(dòng)植物的生存！地球動(dòng)植物的生存！人類的出路何在？人類的出路何在？新能源研究勢(shì)在必新能源研究勢(shì)在必行！行！*63 氫氫 二十一世紀(jì)的綠色能源二十一世紀(jì)的綠色能源*64氫能熱值高氫能熱值高，如燃燒，如燃燒1

20、kg氫可發(fā)熱氫可發(fā)熱1.4105kJ，相當(dāng)于，相當(dāng)于3kg汽油或汽油或4.5kg焦炭的發(fā)熱量；焦炭的發(fā)熱量；資源豐富資源豐富，地球表面有豐富的水資源，水中含氫量達(dá)到，地球表面有豐富的水資源，水中含氫量達(dá)到11.1；資源無(wú)窮無(wú)盡資源無(wú)窮無(wú)盡不存在枯竭問(wèn)題不存在枯竭問(wèn)題干凈、清潔干凈、清潔，燃燒后生成水，不產(chǎn)生二次污染；，燃燒后生成水，不產(chǎn)生二次污染；應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，可作為燃料電池發(fā)電，也可用于，可作為燃料電池發(fā)電，也可用于氫能汽車、化學(xué)熱泵等。氫能汽車、化學(xué)熱泵等。 氫能的利用途徑多氫能的利用途徑多燃燒放熱或電化學(xué)發(fā)電燃燒放熱或電化學(xué)發(fā)電 氫的儲(chǔ)運(yùn)方式多氫的儲(chǔ)運(yùn)方式多氣

21、體、液體、固體或化合物氣體、液體、固體或化合物*65氫能的開(kāi)發(fā)利用已成為世界特別關(guān)注的科氫能的開(kāi)發(fā)利用已成為世界特別關(guān)注的科技領(lǐng)域。技領(lǐng)域。*66儲(chǔ) 氫 材 料*67+氫能利用關(guān)鍵是高密度安全儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)氫能利用關(guān)鍵是高密度安全儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)。+氫密度很小，單位重量體積很大。目前市售氫氣一氫密度很小，單位重量體積很大。目前市售氫氣一般是在般是在150個(gè)大氣壓下儲(chǔ)存在鋼瓶?jī)?nèi)，氫氣重量不到個(gè)大氣壓下儲(chǔ)存在鋼瓶?jī)?nèi)，氫氣重量不到鋼瓶重量的鋼瓶重量的1/100，且有爆炸危險(xiǎn)，很不方便。，且有爆炸危險(xiǎn)，很不方便。+氫能的存儲(chǔ)是氫能利用的前提，進(jìn)入氫能的存儲(chǔ)是氫能利用的前提，進(jìn)入20世紀(jì)世紀(jì)90年代年代以

22、來(lái)，許多國(guó)家對(duì)儲(chǔ)氫技術(shù)的研究極為重視。以來(lái)，許多國(guó)家對(duì)儲(chǔ)氫技術(shù)的研究極為重視。+美國(guó)能源部在全部氫能研究經(jīng)費(fèi)中，美國(guó)能源部在全部氫能研究經(jīng)費(fèi)中，50%用于氫能用于氫能存儲(chǔ)。存儲(chǔ)。+日本已將儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)和利用技術(shù)列入日本已將儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)和利用技術(shù)列入19932020年的年的“新陽(yáng)光計(jì)劃新陽(yáng)光計(jì)劃”。其中氫能發(fā)電技術(shù)（高效分。其中氫能發(fā)電技術(shù)（高效分解水技術(shù)、儲(chǔ)氫技術(shù)、氫燃料電池發(fā)電技術(shù)）一次解水技術(shù)、儲(chǔ)氫技術(shù)、氫燃料電池發(fā)電技術(shù)）一次投資就達(dá)投資就達(dá)30億美元。億美元。*68*691.1.氣態(tài)儲(chǔ)氫：氣態(tài)儲(chǔ)氫： 能量密度低能量密度低 不太安全不太安全2.2.液化儲(chǔ)氫：液化儲(chǔ)氫： 能耗高能耗高

23、對(duì)儲(chǔ)罐絕熱性能要求高對(duì)儲(chǔ)罐絕熱性能要求高*703.3.固態(tài)儲(chǔ)氫固態(tài)儲(chǔ)氫（用（用儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫）優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)： 體積儲(chǔ)氫容量高體積儲(chǔ)氫容量高 無(wú)需高壓及隔熱容器無(wú)需高壓及隔熱容器 安全性好，無(wú)爆炸危險(xiǎn)安全性好，無(wú)爆炸危險(xiǎn)1)1) 可得到高純氫，提高氫的附加值可得到高純氫，提高氫的附加值*71*72物理法：儲(chǔ)氫物質(zhì)與氫分子之間只有純粹物理法：儲(chǔ)氫物質(zhì)與氫分子之間只有純粹的物理作用或物理吸附。（活性炭法、高的物理作用或物理吸附。（活性炭法、高壓壓縮儲(chǔ)氫、深冷液化儲(chǔ)氫等）壓壓縮儲(chǔ)氫、深冷液化儲(chǔ)氫等）化學(xué)法：儲(chǔ)氫物質(zhì)和氫分子之間發(fā)生化學(xué)反化學(xué)法：儲(chǔ)氫物質(zhì)和氫分子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的合成物，

24、具有吸收或釋放氫的應(yīng)，生成新的合成物，具有吸收或釋放氫的特性。無(wú)機(jī)化合物儲(chǔ)氫、有機(jī)液體氫化物儲(chǔ)特性。無(wú)機(jī)化合物儲(chǔ)氫、有機(jī)液體氫化物儲(chǔ)氫、合金化合物儲(chǔ)氫等）氫、合金化合物儲(chǔ)氫等）為解決氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題，人們研發(fā)了相應(yīng)的儲(chǔ)為解決氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題，人們研發(fā)了相應(yīng)的儲(chǔ)氫材料，主要介紹氫材料，主要介紹活性炭、無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)化合活性炭、無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)化合物以及合金化合物等儲(chǔ)氫材料物以及合金化合物等儲(chǔ)氫材料。*73常用高壓氫氣瓶常用高壓氫氣瓶活性炭比表面積可達(dá)活性炭比表面積可達(dá)2000m2/g以上，低溫加壓可以上，低溫加壓可吸附儲(chǔ)氫?；钚蕴课絻?chǔ)氫?；钚蕴吭弦椎?，吸附儲(chǔ)氫和放氫操原料易得，吸附儲(chǔ)氫

25、和放氫操作都比較簡(jiǎn)單作都比較簡(jiǎn)單。*741985年，美國(guó)科學(xué)家克勞特和斯莫利等用激光束去轟擊年，美國(guó)科學(xué)家克勞特和斯莫利等用激光束去轟擊石墨表面，發(fā)現(xiàn)了石墨表面，發(fā)現(xiàn)了C60。C60的外形像足球，中心是空的，外邊圍砌著的外形像足球，中心是空的，外邊圍砌著60個(gè)碳原子，個(gè)碳原子，它們組成了它們組成了12個(gè)五邊形和個(gè)五邊形和20個(gè)正六邊形。碳個(gè)正六邊形。碳60有一個(gè)別有一個(gè)別名：巴基球。一個(gè)巴基球的直徑是名：巴基球。一個(gè)巴基球的直徑是0.7納米。納米。巴基球可以做得更大，再增加巴基球可以做得更大，再增加10個(gè)碳原子，還可以做成個(gè)碳原子，還可以做成碳碳70。如果用。如果用960個(gè)碳原子制成碳個(gè)碳原子

26、制成碳540，有可能在室溫條，有可能在室溫條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)！件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)！*75碳納米管是由石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的碳納米管是由石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀籠狀“纖維纖維“，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。其比重為鋼的六分之一，強(qiáng)度是鋼的米。其比重為鋼的六分之一，強(qiáng)度是鋼的100100倍。碳倍。碳納米管是極好的儲(chǔ)氫材料，在未來(lái)的以氫為動(dòng)力的汽納米管是極好的儲(chǔ)氫材料，在未來(lái)的以氫為動(dòng)力的汽車上將得到應(yīng)用。車上將得到應(yīng)用。 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯莫利斯莫利教授認(rèn)為，納米碳管將是未教授認(rèn)為，納米碳管將是未來(lái)最佳纖維的首選材料，將

27、被廣泛用于超微導(dǎo)線、超來(lái)最佳纖維的首選材料，將被廣泛用于超微導(dǎo)線、超微開(kāi)關(guān)以及納米級(jí)電子線路等。微開(kāi)關(guān)以及納米級(jí)電子線路等。*76富勒烯富勒烯(C60)和碳納米管和碳納米管(CNT)對(duì)氫氣具有較強(qiáng)的吸對(duì)氫氣具有較強(qiáng)的吸附作用。附作用。單層碳納米管的吸氫量比活性炭高，單層碳納米管的吸氫量比活性炭高，H2的的吸附量可達(dá)吸附量可達(dá)5-10(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù))，有望成為新一代，有望成為新一代儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫材料。*77富勒烯富勒烯C60碳納迷管碳納迷管*78 *79 純化處理后多壁納米碳管最大放電容量為純化處理后多壁納米碳管最大放電容量為 1157mAh/g，相當(dāng)于，相當(dāng)于4.1重量?jī)?chǔ)氫容量。重量?jī)?chǔ)氫容量

28、。經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)100次充放電后，其仍保持最大容量的次充放電后，其仍保持最大容量的70。單壁納米碳管最大放電容量為單壁納米碳管最大放電容量為503mAh/g，相當(dāng)于相當(dāng)于1.84重量?jī)?chǔ)氫容量。經(jīng)過(guò)重量?jī)?chǔ)氫容量。經(jīng)過(guò)100次充次充放電后，其仍保持最大容量的放電后，其仍保持最大容量的80。 世界范圍內(nèi)所測(cè)儲(chǔ)氫量相差太大：世界范圍內(nèi)所測(cè)儲(chǔ)氫量相差太大：0.01(wt)%0.01(wt)%67 67 (wt)%,(wt)%,如何準(zhǔn)確測(cè)定？如何準(zhǔn)確測(cè)定？?jī)?chǔ)氫機(jī)理如何？?jī)?chǔ)氫機(jī)理如何？*80某些無(wú)機(jī)化合物和氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可儲(chǔ)氫，然后某些無(wú)機(jī)化合物和氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可儲(chǔ)氫，然后在一定條件下分解可放氫。在一定條件下

29、分解可放氫。利用利用碳酸氫鹽與甲酸鹽之間相互轉(zhuǎn)化碳酸氫鹽與甲酸鹽之間相互轉(zhuǎn)化，吸氫和放氫，吸氫和放氫反應(yīng)為：反應(yīng)為：以活性炭作載體，在以活性炭作載體，在Pd或或PdO的催化作用下，以的催化作用下，以KHCO3或或NaHCO3作為儲(chǔ)氫劑，儲(chǔ)氫量約為作為儲(chǔ)氫劑，儲(chǔ)氫量約為2(質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)量分?jǐn)?shù))。該法優(yōu)點(diǎn)是原料易得、儲(chǔ)存方便、安全性好，但儲(chǔ)該法優(yōu)點(diǎn)是原料易得、儲(chǔ)存方便、安全性好，但儲(chǔ)氫量比較小，催化劑價(jià)格較貴。氫量比較小，催化劑價(jià)格較貴。*81釋氫，70，0.1MPa吸氫，35，2.0MPaOHHCO2223HHCO 借助儲(chǔ)氫載體借助儲(chǔ)氫載體(如苯和甲苯等如苯和甲苯等)與與H2的可逆反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，的可

30、逆反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括催化加氫反應(yīng)和催化脫氫反應(yīng)。包括催化加氫反應(yīng)和催化脫氫反應(yīng)。該法儲(chǔ)氫量大，該法儲(chǔ)氫量大，環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的理論儲(chǔ)氫量分別環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷的理論儲(chǔ)氫量分別為為7.19和和6.18(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù))，比高壓儲(chǔ)氫和金屬氫化物，比高壓儲(chǔ)氫和金屬氫化物儲(chǔ)氫的實(shí)際量都大。儲(chǔ)氫的實(shí)際量都大。儲(chǔ)氫載體苯和甲苯可循環(huán)使用，其儲(chǔ)氫載體苯和甲苯可循環(huán)使用，其儲(chǔ)存和運(yùn)輸都很安全方便。儲(chǔ)存和運(yùn)輸都很安全方便。催化加氫和催化脫氫裝置和投資費(fèi)用較大，儲(chǔ)氫操作比催化加氫和催化脫氫裝置和投資費(fèi)用較大，儲(chǔ)氫操作比較復(fù)雜。較復(fù)雜。*82其中R=H、CH4H2，供用戶使用H2，制氫工廠儲(chǔ)存、運(yùn)輸儲(chǔ)存、運(yùn)輸催化

31、脫氫催化加氫RHC56RHC116RHC116RHC56+在一定溫度和氫氣壓力下能多次吸收、儲(chǔ)存和釋放在一定溫度和氫氣壓力下能多次吸收、儲(chǔ)存和釋放氫氣的合金被稱為氫氣的合金被稱為儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫合金。+氫于許多金屬、合金或金屬間化合物反應(yīng)生成金屬氫于許多金屬、合金或金屬間化合物反應(yīng)生成金屬氫化物，并釋放出熱量；金屬氫化物受熱時(shí)，又釋氫化物，并釋放出熱量；金屬氫化物受熱時(shí)，又釋放出氫氣，用反應(yīng)式表示為：放出氫氣，用反應(yīng)式表示為：+M:金屬、合金、或金屬間化合物金屬、合金、或金屬間化合物+H：反應(yīng)熱反應(yīng)熱+P1、T1：吸氫是體系需要的壓強(qiáng)和溫度：吸氫是體系需要的壓強(qiáng)和溫度+P2、T2：釋放氫時(shí)體系需要

32、的壓強(qiáng)和溫度：釋放氫時(shí)體系需要的壓強(qiáng)和溫度*83氫原子容易進(jìn)入金屬晶格的四面體或八面體間隙，氫原子容易進(jìn)入金屬晶格的四面體或八面體間隙，形成金屬氫化物，如形成金屬氫化物，如TiH2、ZrH1.9、PrH2.8、Ti1.4CoH、LaNi5H、MmNi4.5H6.6等。等。*84a ab b氫原子在合金化合物中的占位：氫原子在合金化合物中的占位：(a)四面體；四面體；(b)八面體八面體實(shí)驗(yàn)表明，單獨(dú)使用一種金屬形成的氫化物生成熱較大，氫的離解壓低，儲(chǔ)氫不理想。實(shí)用的儲(chǔ)氫材料是由氫化物生成熱金屬和生成熱為負(fù)的放熱性金屬組成多元金屬間化合物，其中有的過(guò)渡金屬元素對(duì)氫化反應(yīng)時(shí)氫分子分解為氫原子的過(guò)程起

33、著重要的催化作用。*85儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫合金可儲(chǔ)存比其體積大可儲(chǔ)存比其體積大1000-1300倍的氫倍的氫，而且，而且合金中存儲(chǔ)的氫表現(xiàn)為合金中存儲(chǔ)的氫表現(xiàn)為H與與H+之間的中間特性，結(jié)之間的中間特性，結(jié)合力較弱，當(dāng)合金氫化物受熱時(shí)又可釋放氫氣。合力較弱，當(dāng)合金氫化物受熱時(shí)又可釋放氫氣。*860123450123454.2wt%Carbon nanotube(RT,10MPa 氫壓)3.6wt%1.8wt%1.4wt%Hydrogen storage capacity (wt%) LaNi5H6 TiFeH1.9 Mg2NiH4 Hydrogen storage capacity (wt%) pe

34、r weight儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫量比較儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫量比較儲(chǔ)氫合金材料達(dá)到實(shí)用目的，必須滿足下列要求：儲(chǔ)氫合金材料達(dá)到實(shí)用目的，必須滿足下列要求：儲(chǔ)氫量大，能量密度高儲(chǔ)氫量大，能量密度高；吸氫和放氫速度快吸氫和放氫速度快；氫化物生成熱小氫化物生成熱??； 分解壓適中分解壓適中：容易活化容易活化；化學(xué)穩(wěn)定性好化學(xué)穩(wěn)定性好；在儲(chǔ)運(yùn)中安全、無(wú)害在儲(chǔ)運(yùn)中安全、無(wú)害；原料來(lái)源廣、成本價(jià)廉原料來(lái)源廣、成本價(jià)廉。*87四川大學(xué)材料學(xué)院儲(chǔ)氫材料四川大學(xué)材料學(xué)院儲(chǔ)氫材料課題組首創(chuàng)低成本課題組首創(chuàng)低成本V-Ti-V-Ti-Cr-FeCr-Fe四元合金體系：四元合金體系：在溫和在溫和條件下可快速吸氫飽和條件下可快速吸氫

35、飽和:40:40，6min6min儲(chǔ)氫合金材料主要有：儲(chǔ)氫合金材料主要有：稀土系列、鎂鎳系列、鈦稀土系列、鎂鎳系列、鈦合金系列等合金系列等。大多數(shù)金屬氫化物儲(chǔ)氫量在大多數(shù)金屬氫化物儲(chǔ)氫量在1-4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù))、能量密度高，所需費(fèi)用明顯低于深冷液化儲(chǔ)氣和能量密度高，所需費(fèi)用明顯低于深冷液化儲(chǔ)氣和高壓儲(chǔ)氫，原料易得，安全可靠高壓儲(chǔ)氫，原料易得，安全可靠。儲(chǔ)氫合金已成。儲(chǔ)氫合金已成為各國(guó)都積極研發(fā)的一種很有前途的儲(chǔ)氫方法。為各國(guó)都積極研發(fā)的一種很有前途的儲(chǔ)氫方法。*88我國(guó)生產(chǎn)的稀土儲(chǔ)氫合金我國(guó)生產(chǎn)的稀土儲(chǔ)氫合金LaNi5是稀土系儲(chǔ)氫合金的典型代表是稀土系儲(chǔ)氫合金的典型代表，由荷蘭，由荷蘭Ph

36、ilip實(shí)驗(yàn)室于實(shí)驗(yàn)室于1969年首先研制。年首先研制。LaNi5在室溫下可與一定壓力的氫氣反應(yīng)形成氫化物，在室溫下可與一定壓力的氫氣反應(yīng)形成氫化物，如下式所示：如下式所示：LaNi5具有優(yōu)良的儲(chǔ)氫性能，塊狀具有優(yōu)良的儲(chǔ)氫性能，塊狀LaNi5合金儲(chǔ)氫量合金儲(chǔ)氫量約約1.4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù))，分解壓適中平坦，活化容易，分解壓適中平坦，活化容易，具有良好的動(dòng)力學(xué)特性和抗雜質(zhì)氣體中毒性。具有良好的動(dòng)力學(xué)特性和抗雜質(zhì)氣體中毒性。*89 6525HLaNi3HaNiL LaNi5成本高，大規(guī)模應(yīng)用受限，因此發(fā)展成本高，大規(guī)模應(yīng)用受限，因此發(fā)展置換置換La和和Ni的的多元合金：多元合金：LaNi5-xM

37、x(MAl、Mn、Cr、Fe、Co、Cu等等)和和R0.2La0.8Ni5(RY、Gd、Nd、Th等等)。用用富富Ce混合稀土混合稀土(Mm)代替代替La可研制廉價(jià)的可研制廉價(jià)的MmNi5儲(chǔ)儲(chǔ)氫合金，在氫合金，在MmNi5基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)多元合金，如基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)多元合金，如MmNi1-yBy(B=Al、Cu、Fe、Mn、Ga、Sn、Cr等等)系列，系列，不不僅保持僅保持LaNi5的優(yōu)良特性，而且在儲(chǔ)氫量和動(dòng)力學(xué)特的優(yōu)良特性，而且在儲(chǔ)氫量和動(dòng)力學(xué)特性方面優(yōu)于性方面優(yōu)于LaNi5，價(jià)格僅為純，價(jià)格僅為純La的的1/5。*90*912009年，年，西博會(huì)上展出的川大寶生實(shí)西博會(huì)上展出的川大寶生實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)的

38、稀土儲(chǔ)氫合金電池業(yè)公司生產(chǎn)的稀土儲(chǔ)氫合金電池TiFe具有優(yōu)良儲(chǔ)氫特性具有優(yōu)良儲(chǔ)氫特性，吸氫量約，吸氫量約1.75(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù))，室溫下釋氫壓力約為室溫下釋氫壓力約為0.1MPa。價(jià)格較低，具有很大。價(jià)格較低，具有很大實(shí)用價(jià)值。實(shí)用價(jià)值。TiFe活化困難，須在活化困難，須在450和和5MPa壓力下進(jìn)行活化；壓力下進(jìn)行活化；抗毒性弱抗毒性弱(特別是特別是O2)，反復(fù)吸釋氫后性能下降。，反復(fù)吸釋氫后性能下降。為改善為改善TiFe合金儲(chǔ)氫特性，可用過(guò)渡元素合金儲(chǔ)氫特性，可用過(guò)渡元素(M)置換部置換部分鐵形成分鐵形成TiFe1-yMy(M=Cr、Mn、Mo、Co、Ni等等)。TiFe0.8Mn0.

39、2可在室溫可在室溫3MPa氫壓下活化，生成氫壓下活化，生成TiFe0.8Mn0.2H1.05氫化物，儲(chǔ)氫量達(dá)到氫化物，儲(chǔ)氫量達(dá)到1.9wt。*92 資源豐富，價(jià)格低資源豐富，價(jià)格低 室溫下可逆儲(chǔ)放氫室溫下可逆儲(chǔ)放氫 易被氧化易被氧化 活化困難活化困難 抗雜質(zhì)氣體中毒能力差抗雜質(zhì)氣體中毒能力差實(shí)際使用時(shí)需對(duì)合金進(jìn)行表面改性處理實(shí)際使用時(shí)需對(duì)合金進(jìn)行表面改性處理*93*94在在300-400和較高氫壓下，和較高氫壓下，Mg2Ni與氫生成與氫生成Mg2NiH4，含氫量為含氫量為3.65wt，理論儲(chǔ)氫量可達(dá)，理論儲(chǔ)氫量可達(dá)6%，但其穩(wěn)，但其穩(wěn)定性強(qiáng)，釋氫困難。定性強(qiáng)，釋氫困難。用用Ca和和A1取代部分

40、取代部分Mg形成形成Mg2-xMxNi，氫比物離解速，氫比物離解速度比度比Mg2Ni增大增大40以上，活化容易，具有良好的以上，活化容易，具有良好的儲(chǔ)氫性能，性質(zhì)穩(wěn)定。儲(chǔ)氫性能，性質(zhì)穩(wěn)定。利用過(guò)渡元素利用過(guò)渡元素(M)置換置換Mg2Ni中的部分中的部分Ni，形成形成Mg2Ni1-xMx合金合金(MV、Cr、Mn、Fe、Zn等等)，也可，也可改善吸改善吸/釋氫的速度，具有實(shí)用價(jià)值。釋氫的速度，具有實(shí)用價(jià)值。儲(chǔ)氫容量高儲(chǔ)氫容量高密度小密度小資源豐富資源豐富價(jià)格低廉價(jià)格低廉放氫溫度高（放氫溫度高（250300 ）放氫動(dòng)力學(xué)性能較差放氫動(dòng)力學(xué)性能較差*95氫儲(chǔ)存是儲(chǔ)氫合金最基本的應(yīng)用。氫儲(chǔ)存是儲(chǔ)氫合金

41、最基本的應(yīng)用。金屬氫化物儲(chǔ)氫密度高，采用金屬氫化物儲(chǔ)氫密度高，采用Mg2Ni制成的儲(chǔ)氫容制成的儲(chǔ)氫容器與高壓器與高壓(20MPa)鋼瓶和深冷液化儲(chǔ)氫裝置相比，鋼瓶和深冷液化儲(chǔ)氫裝置相比，在儲(chǔ)氫量相等的情況下，三者質(zhì)量比為在儲(chǔ)氫量相等的情況下，三者質(zhì)量比為1：1.4：1.2，體積比，體積比為為1：4：1.3；儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫無(wú)需高壓或低溫設(shè)施，節(jié)省能源；儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫無(wú)需高壓或低溫設(shè)施，節(jié)省能源；氫以金屬氫化物形式存在儲(chǔ)氫合金中，安全可靠，便于氫的氫以金屬氫化物形式存在儲(chǔ)氫合金中，安全可靠，便于氫的運(yùn)輸和傳遞。運(yùn)輸和傳遞。*96*97儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫量與其他儲(chǔ)氫方法儲(chǔ)氫量的比較儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫量與其他儲(chǔ)氫方法

42、儲(chǔ)氫量的比較儲(chǔ)氫合金可分離氫氣。儲(chǔ)氫合金可分離氫氣?；旌蠚怏w混合氣體流過(guò)儲(chǔ)氫合金分離床，氫被吸收流過(guò)儲(chǔ)氫合金分離床，氫被吸收形成金屬氫化物，雜質(zhì)排出；加形成金屬氫化物，雜質(zhì)排出；加熱金屬氫化物，得到回收氫氣。熱金屬氫化物，得到回收氫氣。反復(fù)提純可獲得高純氫氣，反復(fù)提純可獲得高純氫氣，每年大量含氫尾氣放空每年大量含氫尾氣放空(僅合成僅合成氨工業(yè)全國(guó)每年放空尾氣數(shù)十億氨工業(yè)全國(guó)每年放空尾氣數(shù)十億m3，含有，含有50-60%的氫氣的氫氣)，回，回收利用可提供大量廉價(jià)氫氣，得收利用可提供大量廉價(jià)氫氣，得到巨大的能源補(bǔ)充。到巨大的能源補(bǔ)充。*98氫氣純化裝置氫氣純化裝置氫氣純化工廠氫氣純化工廠某些儲(chǔ)氫合

43、金的氫化物同氘、某些儲(chǔ)氫合金的氫化物同氘、氚化物相比，同一溫度下吸釋氚化物相比，同一溫度下吸釋氘氚的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性有氘氚的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性有較大差別，可用于較大差別，可用于氫同位素的氫同位素的分離。分離。TiNi合金吸收合金吸收D2的速率為的速率為H2的的1/10，將含，將含7%D2的的H2導(dǎo)入到導(dǎo)入到TiNi合金中，每通過(guò)一次可使合金中，每通過(guò)一次可使D2濃縮濃縮50%，通過(guò)多次壓縮和，通過(guò)多次壓縮和吸收，氘的濃度可迅速提高，吸收，氘的濃度可迅速提高，同時(shí)回收大量高純同時(shí)回收大量高純H2。*99氫同位素的應(yīng)用氫同位素的應(yīng)用金屬氫化物也是理想的能量轉(zhuǎn)換材料。金屬氫化物也是理想的能量轉(zhuǎn)換材

44、料。氫化物熱泵氫化物熱泵：以氫氣為工作介質(zhì)，儲(chǔ)氫合金為能量：以氫氣為工作介質(zhì)，儲(chǔ)氫合金為能量轉(zhuǎn)換材料，相同溫度下分解壓不同的兩種氫化物組轉(zhuǎn)換材料，相同溫度下分解壓不同的兩種氫化物組成熱力學(xué)循環(huán)系統(tǒng)，以它們的平衡壓差驅(qū)動(dòng)氫氣流成熱力學(xué)循環(huán)系統(tǒng)，以它們的平衡壓差驅(qū)動(dòng)氫氣流動(dòng)，使兩種氫化物分別處于動(dòng)，使兩種氫化物分別處于吸氫吸氫(放熱放熱)和和放氫放氫(吸熱吸熱)狀態(tài)，達(dá)到升溫、增熱或制冷目的。狀態(tài)，達(dá)到升溫、增熱或制冷目的。德國(guó)用德國(guó)用LaNi5/Ti0.9Zr0.1CrMn合金獲得合金獲得-25低溫；低溫；日本用日本用MmNiMnAl/MmNiMnCo制備制冷系統(tǒng)，連制備制冷系統(tǒng)，連續(xù)獲得續(xù)獲得

45、-20低溫，制冷功率為低溫，制冷功率為900-1000W。*100儲(chǔ)氫合金電極替代儲(chǔ)氫合金電極替代NiCd電池中的電池中的Cd負(fù)極，組成鎳負(fù)極，組成鎳-氫化物電池，氫化物電池，不但具有高能量密度，而且耐過(guò)充，不但具有高能量密度，而且耐過(guò)充，放電能力強(qiáng)，無(wú)重金屬放電能力強(qiáng)，無(wú)重金屬Cd對(duì)人體和環(huán)境的危害。對(duì)人體和環(huán)境的危害。*101儲(chǔ)氫合金在鎳氫電池上的應(yīng)用儲(chǔ)氫合金在鎳氫電池上的應(yīng)用1966年，年，Pebler首先將二元鋯基首先將二元鋯基Laves相合金用于儲(chǔ)相合金用于儲(chǔ)氫的研究，發(fā)現(xiàn)其儲(chǔ)氫容量達(dá)到氫的研究，發(fā)現(xiàn)其儲(chǔ)氫容量達(dá)到1.82.4 wt。具有具有Laves相結(jié)構(gòu)的金屬間化合物相結(jié)構(gòu)的金屬

46、間化合物原子間隙由四面體構(gòu)成，間隙多，有利于氫原子的原子間隙由四面體構(gòu)成，間隙多，有利于氫原子的吸附吸附TiMn1.5H2.5 日本松下（日本松下（1.8）Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4活性好活性好用于：氫汽車儲(chǔ)氫、電池負(fù)極用于：氫汽車儲(chǔ)氫、電池負(fù)極 *102以以ZrMn2、TiMn2為代表的為代表的AB2型儲(chǔ)氫合金具有型儲(chǔ)氫合金具有Laves相結(jié)構(gòu)，所涉及的有六方結(jié)構(gòu)的相結(jié)構(gòu)，所涉及的有六方結(jié)構(gòu)的C14型型Laves相和立方結(jié)構(gòu)的相和立方結(jié)構(gòu)的C15型型Laves相兩種。此類相兩種。此類合金的儲(chǔ)氫量大，放電容量比合金的儲(chǔ)氫量大，放電容量比AB5型的稀土系合型的稀土系合金電極高金電極高3040，在堿性解液中形成的致密，在堿性解液中形成的致密氧化膜能有效抑制電極成分的進(jìn)一步氧化，穩(wěn)氧化膜能有效抑制電極成分的進(jìn)一步氧化，穩(wěn)定性好，循環(huán)壽命長(zhǎng)。定性好，循環(huán)壽命長(zhǎng)。*103AB2型型Laves相儲(chǔ)氫電極合金至今仍存在初期活化相儲(chǔ)氫電極合金至