儲(chǔ)氫合金及應(yīng)用

1、1 1、氫能與儲(chǔ)氫材料、氫能與儲(chǔ)氫材料能源、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展能源、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展 當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的三大主題當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的三大主題能源能源 人類活動(dòng)的源泉人類活動(dòng)的源泉清潔能源清潔能源 人類社會(huì)健康發(fā)展的基礎(chǔ)人類社會(huì)健康發(fā)展的基礎(chǔ)氫能（氫能（Hydrogen energyHydrogen energy） 面向面向2121世紀(jì)的理想清潔能世紀(jì)的理想清潔能源之一源之一 化石能源化石能源煤、石油、天然氣煤、石油、天然氣 環(huán)境污染，資源漸趨環(huán)境污染，資源漸趨枯竭枯竭 可再生能源可再生能源太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮?、生物能、太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮堋⑸锬?、氫能等氫能?環(huán)境友好，取之不盡環(huán)境友好，

2、取之不盡 清潔且可再生能源的開發(fā)和利用清潔且可再生能源的開發(fā)和利用 國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障的重要保障（1 1）氫能）氫能 氫能氫能 以氫及其同位素為主導(dǎo)的反應(yīng)中（或在狀態(tài)變化以氫及其同位素為主導(dǎo)的反應(yīng)中（或在狀態(tài)變化過程中）所釋放的能量過程中）所釋放的能量 氫與氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出燃燒熱或通過燃燒反應(yīng)得化氫與氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出燃燒熱或通過燃燒反應(yīng)得化學(xué)能學(xué)能 氫發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池等氫發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池等 氫的熱核反應(yīng)放出熱核能或聚變能氫的熱核反應(yīng)放出熱核能或聚變能 氫彈、可控核聚變氫彈、可控核聚變反應(yīng)反應(yīng) 氫能是一種理想的二次能源氫能是一種理想的二次能源氫能的優(yōu)點(diǎn)：氫

3、能的優(yōu)點(diǎn)： 氫是自然界中存在最普遍的元素，它構(gòu)成宇宙質(zhì)量的氫是自然界中存在最普遍的元素，它構(gòu)成宇宙質(zhì)量的3/43/4，在地球上主要以化合物形式存在于水中在地球上主要以化合物形式存在于水中 從水中可分解出氫，氫燃燒反應(yīng)又生成水，所以是取之不從水中可分解出氫，氫燃燒反應(yīng)又生成水，所以是取之不盡、用之不竭的能源盡、用之不竭的能源 氫本身無毒，氫燃燒反應(yīng)不會(huì)像礦物燃料那樣產(chǎn)生大量煙氫本身無毒，氫燃燒反應(yīng)不會(huì)像礦物燃料那樣產(chǎn)生大量煙塵和有害氣體塵和有害氣體 清潔能源清潔能源 氫的發(fā)熱值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高，氫的發(fā)熱值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高，(1.21-1.43)X1

4、0(1.21-1.43)X105 5kJ/kgkJ/kgH H2 2，是汽油發(fā)熱值的，是汽油發(fā)熱值的3 3倍，焦炭發(fā)熱倍，焦炭發(fā)熱值的值的4.54.5倍倍 氫的燃燒性能好，點(diǎn)燃快，可燃范圍寬，燃點(diǎn)高，燃燒速氫的燃燒性能好，點(diǎn)燃快，可燃范圍寬，燃點(diǎn)高，燃燒速度快度快 在所有氣體中，氫氣的導(dǎo)熱性最好，比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱在所有氣體中，氫氣的導(dǎo)熱性最好，比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高系數(shù)高1010倍，是極好的傳熱載體倍，是極好的傳熱載體 用途廣泛，可直接用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、燃料電池燃料、化工用途廣泛，可直接用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、燃料電池燃料、化工原料等原料等 氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物形式存在，能適氫可以以

5、氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物形式存在，能適應(yīng)儲(chǔ)運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求應(yīng)儲(chǔ)運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求 可作為儲(chǔ)能介質(zhì)，經(jīng)濟(jì)和有效地輸送能源，作為二次能源，可作為儲(chǔ)能介質(zhì)，經(jīng)濟(jì)和有效地輸送能源，作為二次能源，氫的輸送與儲(chǔ)存損失比電力小氫的輸送與儲(chǔ)存損失比電力小 氫能源的開發(fā)引起各國(guó)政府的極大重視氫能源的開發(fā)引起各國(guó)政府的極大重視 上世紀(jì)上世紀(jì)9090年代起，美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家均制定了系統(tǒng)的年代起，美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家均制定了系統(tǒng)的氫能研究與發(fā)展規(guī)劃氫能研究與發(fā)展規(guī)劃 中國(guó)、印度、墨西哥等發(fā)展中國(guó)家也有相應(yīng)的規(guī)劃考慮中國(guó)、印度、墨西哥等發(fā)展中國(guó)家也有相應(yīng)的規(guī)劃考慮 短期目標(biāo)短期目標(biāo) 燃料電池汽

6、車的商業(yè)化，在燃料電池汽車的商業(yè)化，在2020年左右時(shí)間內(nèi)，年左右時(shí)間內(nèi)，使氫能在總能源系統(tǒng)中占有一定份額使氫能在總能源系統(tǒng)中占有一定份額 長(zhǎng)期目標(biāo)長(zhǎng)期目標(biāo) 在化石能源枯竭時(shí)，承擔(dān)起主體能源的角色在化石能源枯竭時(shí)，承擔(dān)起主體能源的角色 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，氫能的應(yīng)用不是遙遠(yuǎn)的未來，未來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，氫能的應(yīng)用不是遙遠(yuǎn)的未來，未來的經(jīng)濟(jì)可望實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)的經(jīng)濟(jì)可望實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì) 氫能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力氫能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力 動(dòng)力產(chǎn)生電能而走向家家戶戶動(dòng)力產(chǎn)生電能而走向家家戶戶 成為成為人類今后長(zhǎng)期依靠的一種通用燃料人類今后長(zhǎng)期依靠的一種通用燃料 與電力一起，成為與電力一起，成為2121世紀(jì)能源體系的兩大支柱世紀(jì)能

7、源體系的兩大支柱一次能源一次能源二次能源二次能源最終用戶最終用戶太陽能太陽能風(fēng)風(fēng) 能能海洋能海洋能地?zé)崮艿責(zé)崮軞錃?氣氣電電 力力汽車、飛機(jī)、船舶汽車、飛機(jī)、船舶工業(yè)、農(nóng)業(yè)、民生工業(yè)、農(nóng)業(yè)、民生2121世紀(jì)能源結(jié)構(gòu)體系世紀(jì)能源結(jié)構(gòu)體系（2 2）氫能系統(tǒng)與氫能技術(shù)）氫能系統(tǒng)與氫能技術(shù)氫能系統(tǒng)：氫能系統(tǒng)： 一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的系統(tǒng)工程一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的系統(tǒng)工程 包括制氫（包括制氫（hydrogen productionhydrogen production）、氫儲(chǔ)存和輸運(yùn)）、氫儲(chǔ)存和輸運(yùn)（hydrogen storage and transportationhydrogen storage and tran

8、sportation）、氫的利用）、氫的利用（hydrogen utilizationhydrogen utilization）三大關(guān)鍵系統(tǒng)）三大關(guān)鍵系統(tǒng) 每個(gè)系統(tǒng)都在發(fā)展各自的相應(yīng)技術(shù)每個(gè)系統(tǒng)都在發(fā)展各自的相應(yīng)技術(shù)制氫技術(shù)：制氫技術(shù)： 化石燃料制氫，以煤、石油或天然氣等作原料制氫，產(chǎn)量化石燃料制氫，以煤、石油或天然氣等作原料制氫，產(chǎn)量大，效率高，但伴有大量大，效率高，但伴有大量COCO2 2排放排放 水分解制氫，可通過電解、熱化學(xué)循環(huán)分解、光化學(xué)分解水分解制氫，可通過電解、熱化學(xué)循環(huán)分解、光化學(xué)分解等方式進(jìn)行，氫的純度高，效率低，成本高等方式進(jìn)行，氫的純度高，效率低，成本高 生物質(zhì)制氫，包括

9、生物質(zhì)汽化或裂解制氫和微生物制氫，生物質(zhì)制氫，包括生物質(zhì)汽化或裂解制氫和微生物制氫，前者效率高但氫氣純度低，后者規(guī)模和效率有待提高前者效率高但氫氣純度低，后者規(guī)模和效率有待提高儲(chǔ)氫技術(shù)：儲(chǔ)氫技術(shù)： 氫氣儲(chǔ)存有物理和化學(xué)兩大類方法氫氣儲(chǔ)存有物理和化學(xué)兩大類方法 物理儲(chǔ)氫：液氫儲(chǔ)存，高壓氫氣儲(chǔ)存，活性炭吸附儲(chǔ)存，物理儲(chǔ)氫：液氫儲(chǔ)存，高壓氫氣儲(chǔ)存，活性炭吸附儲(chǔ)存，碳纖維和碳納米管儲(chǔ)存，玻璃微球儲(chǔ)存等碳纖維和碳納米管儲(chǔ)存，玻璃微球儲(chǔ)存等 化學(xué)儲(chǔ)氫：金屬氫化物儲(chǔ)存，有機(jī)液態(tài)氫化物儲(chǔ)存，無機(jī)化學(xué)儲(chǔ)氫：金屬氫化物儲(chǔ)存，有機(jī)液態(tài)氫化物儲(chǔ)存，無機(jī)物儲(chǔ)存，復(fù)雜氫化物儲(chǔ)存等物儲(chǔ)存，復(fù)雜氫化物儲(chǔ)存等各種方法的儲(chǔ)氫能力

10、各種方法的儲(chǔ)氫能力休息休息15分鐘分鐘輸氫技術(shù)：輸氫技術(shù)： 氫有多種多樣的輸送方式，可根據(jù)地點(diǎn)、用途、用氫方式、氫有多種多樣的輸送方式，可根據(jù)地點(diǎn)、用途、用氫方式、距離、用量、用戶分布、輸送成本等因素綜合考慮輸送方距離、用量、用戶分布、輸送成本等因素綜合考慮輸送方案案 氣體氫輸送，可采用管道、車（船）載高壓鋼瓶等方式，氣體氫輸送，可采用管道、車（船）載高壓鋼瓶等方式，前者效率高，建造成本高，后者靈活性大前者效率高，建造成本高，后者靈活性大 液氫輸送，可采用罐車、油輪或管道等方式，效率高，但液氫輸送，可采用罐車、油輪或管道等方式，效率高，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本高系統(tǒng)復(fù)雜，成本高 氫化物輸送，可用桶或罐

11、裝金屬氫化物，靈活、安全和經(jīng)氫化物輸送，可用桶或罐裝金屬氫化物，靈活、安全和經(jīng)濟(jì)濟(jì)綜合輸氫方案示意圖綜合輸氫方案示意圖氫的利用技術(shù)：氫的利用技術(shù)： 工業(yè)應(yīng)用，化工（合成氨、合成甲醇、煤液化、石油精制工業(yè)應(yīng)用，化工（合成氨、合成甲醇、煤液化、石油精制等），冶金（直接還原金屬、光亮熱處理等），半導(dǎo)體等），冶金（直接還原金屬、光亮熱處理等），半導(dǎo)體（制取多晶硅、外延生長(zhǎng)等），玻璃，化肥等（制取多晶硅、外延生長(zhǎng)等），玻璃，化肥等 交通運(yùn)輸，氫發(fā)動(dòng)機(jī)、氫能汽車等交通運(yùn)輸，氫發(fā)動(dòng)機(jī)、氫能汽車等 航天工業(yè)，液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)航天工業(yè)，液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī) 氫發(fā)電，氫氧燃料電池（固定電站、便攜式電源、動(dòng)力電氫發(fā)

12、電，氫氧燃料電池（固定電站、便攜式電源、動(dòng)力電源）源） 家庭應(yīng)用，家庭應(yīng)用，Ni-MHNi-MH電池，清潔燃料等電池，清潔燃料等家庭用氫前景圖家庭用氫前景圖復(fù)合能源系統(tǒng)：復(fù)合能源系統(tǒng)： 氫作為儲(chǔ)能介質(zhì)氫作為儲(chǔ)能介質(zhì) 太陽能太陽能- -氫能系統(tǒng)氫能系統(tǒng) 陽光充足的夏季和白天陽光充足的夏季和白天 光發(fā)電電解水制氫，通過儲(chǔ)氫光發(fā)電電解水制氫，通過儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫，太陽能材料儲(chǔ)氫，太陽能 轉(zhuǎn)化成氫的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成氫的化學(xué)能 夜晚和冬季夜晚和冬季 利用氫運(yùn)行燃料電池，或氫氣的其它利用利用氫運(yùn)行燃料電池，或氫氣的其它利用太陽能氫能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概念圖太陽能氫能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概念圖（3 3）儲(chǔ)氫材料）儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫材料：儲(chǔ)

13、氫材料： 能在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο?，大量可逆地吸收、釋放氫的材能在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο?，大量可逆地吸收、釋放氫的材料?儲(chǔ)氫材料可大致地分為三大類：金屬儲(chǔ)氫材料、非金屬儲(chǔ)儲(chǔ)氫材料可大致地分為三大類：金屬儲(chǔ)氫材料、非金屬儲(chǔ)氫材料、有機(jī)液體儲(chǔ)氫材料氫材料、有機(jī)液體儲(chǔ)氫材料 是氫能系統(tǒng)中作為氫儲(chǔ)存與輸送載體的重要候選材料是氫能系統(tǒng)中作為氫儲(chǔ)存與輸送載體的重要候選材料 成為氫能技術(shù)開發(fā)中的關(guān)鍵材料之一成為氫能技術(shù)開發(fā)中的關(guān)鍵材料之一 儲(chǔ)氫材料的研究開發(fā)與應(yīng)用已成為國(guó)內(nèi)外的熱門研究課題儲(chǔ)氫材料的研究開發(fā)與應(yīng)用已成為國(guó)內(nèi)外的熱門研究課題 儲(chǔ)氫材料僅有儲(chǔ)氫材料僅有3030年的發(fā)展歷史年的發(fā)展歷史 新型功能材料新

14、型功能材料 發(fā)展迅速，受到各國(guó)政府的高度重視發(fā)展迅速，受到各國(guó)政府的高度重視 美國(guó)能源部用于氫儲(chǔ)存方面的研究經(jīng)費(fèi)約占?xì)淠苎芯拷?jīng)費(fèi)美國(guó)能源部用于氫儲(chǔ)存方面的研究經(jīng)費(fèi)約占?xì)淠苎芯拷?jīng)費(fèi)的的50%50% 日本政府制定的日本政府制定的“新陽光計(jì)劃新陽光計(jì)劃”中，儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能發(fā)電中，儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能發(fā)電計(jì)劃中的三大內(nèi)容之一計(jì)劃中的三大內(nèi)容之一 我國(guó)早在我國(guó)早在“八五八五”國(guó)家國(guó)家863863計(jì)劃中就把儲(chǔ)氫材料列為重點(diǎn)計(jì)劃中就把儲(chǔ)氫材料列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，之后又在國(guó)家研究項(xiàng)目，之后又在國(guó)家973973計(jì)劃中列項(xiàng)支持計(jì)劃中列項(xiàng)支持金屬儲(chǔ)氫材料：金屬儲(chǔ)氫材料： 氫幾乎可以同元素周期表中的各種金屬元素反應(yīng)，生成金氫

15、幾乎可以同元素周期表中的各種金屬元素反應(yīng)，生成金屬氫化物屬氫化物 但并不是所有金屬氫化物都能做為儲(chǔ)氫材料但并不是所有金屬氫化物都能做為儲(chǔ)氫材料 只有那些能在溫和條件下大量可逆吸放氫的金屬或合金氫只有那些能在溫和條件下大量可逆吸放氫的金屬或合金氫化物才能作為儲(chǔ)氫材料使用化物才能作為儲(chǔ)氫材料使用 目前已開發(fā)的具有實(shí)用價(jià)值的金屬氫化物：稀土系目前已開發(fā)的具有實(shí)用價(jià)值的金屬氫化物：稀土系A(chǔ)BAB5 5型；型；鋯、鈦系鋯、鈦系A(chǔ)BAB2 2型；鈦系型；鈦系A(chǔ)BAB型；鎂系型；鎂系A(chǔ) A2 2B B型；釩系固溶體型型；釩系固溶體型等等 儲(chǔ)氫量一般在儲(chǔ)氫量一般在1-3wt.%1-3wt.%非金屬儲(chǔ)氫材料：非金屬儲(chǔ)氫材料： 目前主要包括碳系材料（碳納米管、石墨納米纖維、高比目前主要包括碳系材料（碳納米管、石墨納米纖維、高比表面積活性炭等）、玻璃微球等非金屬材料表面積活性炭等）、玻璃微球等非金屬材料 均屬于物理吸附型儲(chǔ)氫材料均屬于物理吸附型儲(chǔ)氫材料 利用極大的活性比表面積，在一定的溫度和壓力下，吸取利用極大的活性比表面積，在一定的溫度和壓力下，吸取大量氫氣