新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件

氫能及儲(chǔ)氫材料

氫能及儲(chǔ)氫材料能源材料

能源、材料和信息(生物)被成稱為人類社會(huì)發(fā)展的三大支柱。所謂能源指的是提供能量的自然資源。人類的文明始于火的使用，燃燒把化學(xué)和能源緊緊地聯(lián)系在一起。人類巧妙的利用化學(xué)變化過(guò)程中所伴隨的能量變化，創(chuàng)造了現(xiàn)代物質(zhì)文明。能源定義可以直接或間接提供人類所需的光、熱、電、動(dòng)力等任何形式的載能體資源。能源材料能源、材料和信息(生物)被成稱為人能源的分類能源也可以分為再生能源和非再生能源—緊迫型分類非再生能源:經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年形成的、短期內(nèi)無(wú)法恢復(fù)的能源，稱之為非再生能源，如：石油、煤、天然氣等；再生能源：可連續(xù)再生、持續(xù)利用的一次能源稱為可再生能源，如水力、風(fēng)能、太陽(yáng)能等。能源的分類能源也可以分為再生能源和非再生能源—緊迫型分類一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度與消耗石油有關(guān)一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度與消耗石油有關(guān)新能源的重要性和迫切性！節(jié)約能源！保護(hù)環(huán)境！開(kāi)發(fā)新能源！太陽(yáng)能、氫能、二次電池、核能、生物質(zhì)能。電能、風(fēng)能、朝夕能、地?zé)崮艿鹊?。新能源的重要性和迫切性！?jié)約能源！太陽(yáng)能、氫能、二次電池、核

可再生能源(新能源)新能源材料

太陽(yáng)能電池—太陽(yáng)能電池材料鋰離子電池---鋰離子電池材料鎳氫電池---儲(chǔ)氫材料燃料電池---燃料電池材料核能---核材料儲(chǔ)能---相變儲(chǔ)能材料風(fēng)能---高性能稀土永磁材料

…太陽(yáng)能電池—太陽(yáng)能電池材料“綠色能源”風(fēng)吹全球可再生資源----綠色能源●太陽(yáng)能●氫能●風(fēng)能●海洋能●核能●生物質(zhì)能能源危機(jī)和環(huán)境惡化能源危機(jī)和環(huán)境惡化氫能與氫能經(jīng)濟(jì)氫能與氫能經(jīng)濟(jì)氫能直接燃燒：代替煤、天然氣等；鎳氫電池：二次電池；核聚變反應(yīng)堆：氚工廠；燃料電池原料；

……電子電能氧氣廢水熱氫氣質(zhì)子陽(yáng)極陰極聚合物隔膜單一電池氫能直接燃燒：代替煤、天然氣等；電子電能氧氣廢水熱氫氣質(zhì)子陽(yáng)氫能社會(huì)構(gòu)想氫能社會(huì)構(gòu)想氫能—

清潔、可持續(xù)

制氫氫能利用氫的儲(chǔ)存輸送氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)儲(chǔ)氫合金、碳納米管、NaAl、金屬有機(jī)化合物一次能源氫能利用與儲(chǔ)氫合金電池汽車熱泵傳感器電解、光催化氫能—清潔、可持續(xù)制氫氫能利用氫的儲(chǔ)存輸送氣態(tài)、液

儲(chǔ)氫材料HydrogenStorageMaterials儲(chǔ)氫材料新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件Hydrogenstorageinliquidstatehashighstoragecapacity,butitresumesalotofenergyinliquationandlowtemperaturekeeping,therefore,theenergyutilizationefficiencyislow.

HydrogenstorageinliquidstateHydrogenstorageinliquidsta新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件35and70MPacompressedhydrogengascylinders

100MPacompressedH2cylinderisalsobeingdeveloped.Thehydrogenstorageisabout2.7%at35MPaand5.5mass%at70MPa.

Dangerous!35and70MPacompressedhydrog新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件HydrogenstoragepropertiesRequirementCapacity(mass%)>

6%Capacity(g/l)>

60Hydrogenabsorptionrate<

5minHydrogendesorptionrate<

3hplateauspressureNearseveralBaratroomtemp.SecurityNoignition,explosion,poisonCycliclife>

500Workingtemperature25-100

oCRequirementsforhydrogenstoragematerialsHydrogenstoragepropertiesReqTypes/PropertiesAB5

AB2

ABA2BLaNi5(Mm,ML)ZrM2

,TiM2

(M:Mn,Ni,V)TiFeMg2NiStoragecapacity(mass%)

1.4%Low1.8~2.4%1.86%3.6%HighActivationEasyDifficultinfirstprocessDifficultDifficultStoragerateFastatroomTemp.Absorptionanddesorptionatroomtemp.Absorptionanddesorptionatroomtemp.lowratesWorkingtemp.>300C.

CycliclifeExcellentPoorPoorFineStabilityExcellentFineWeakFineCostHighCheapCheapQuitecheapIntermetalliccompoundsandtheirhydrogen-storagepropertiesTypes/PropertiesAB5AB2ABA2BMg-basedcompoundsCompoundsHydrogenstoragecapacity（wt%）Mg2NiH43.6Mg2CoH54.3Mg2Cu2.4Mg2FeH65.5MgH27.7Volumeforstorageof4kgH2indifferentstatesForimprovingMg2Ni’sproperties,manyresearchesarecarriedoutandmanykindsofMg-basedcompoundsarestudied.AsMg-basedcompoundshavehighstoragecapacityandlowcost,itwillreceivemoreandmoreattentioninfuture.

3.6wt%1.4wt%Mg-basedcompoundsCompoundsHydHydrideMass%hydrogen

Availability

KAlH45.8J.Alloy.Compd(2003)353,310LiAlH410.6CommerciallyavailableLiBH418.5CommerciallyavailableAl(BH4)316.9J.Am.Chem.Soc.(1953)75,209LiAlH2(BH4)215.3Britishpatents840572,863491Mg(AlH4)29.3Inorg.Chem.(1970)9,235Mg(BH4)214.9Inorg.Chem.(1972)11,929Ca(AlH4)27.9J.Inorg.Nucl.Chem.(1955)1,377NaAlH47.5CommerciallyavailableNaBH410.6CommerciallyavailableTi(BH4)313.1J.Am.Chem.Soc.(1949),71,2488Zr(BH4)38.9J.Am.Chem.Soc.(1949),71,2488Mass%ofhydrogenineachmoleculeisbasedontheoreticalmaximumComplexhydridesforhydrogenstorageapplicationsJamesA.Ritter*,ArminD.Ebner,JunWang,andRagaiyZidan,Mater,Today2003,9,18HydrideMass%hydrogenAvailabiPapernumberincreaseinrecenttenyears,red:thetotalpapernumberofallhydrogenstoragematerials,Green:thepapernumberofcomplexhydrides.Papernumberincreaseinrecen新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件主要的儲(chǔ)氫材料及發(fā)展歷程

AB5-LaNi5(MmNi5-xMx)

儲(chǔ)氫量1.5wt%、動(dòng)力學(xué)好、較貴

AB2-ZrCr2(Ti1-xZrxCrMn)

儲(chǔ)氫量2.0wt%、動(dòng)力學(xué)好、昂貴、難活化

AB–FeTi

儲(chǔ)氫量1.8wt%、動(dòng)力學(xué)好、易中毒、歧化

A2B-Mg2Ni

儲(chǔ)氫量3.6wt%、動(dòng)力學(xué)差

Mg儲(chǔ)氫量7.6wt%、動(dòng)力學(xué)很差（約400oC、30atm)。其它儲(chǔ)氫材料：碳納米管

AlNa化合物其它…主要的儲(chǔ)氫材料及發(fā)展歷程AB5-LaNi5(Mm儲(chǔ)氫合金的氫化反應(yīng)熱力學(xué)氫化過(guò)程的PCI圖VanderHoff

方程儲(chǔ)氫合金的氫化反應(yīng)熱力學(xué)氫化過(guò)程的PCI圖VanderHo金屬氫化物吸氫的機(jī)制和氫化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)吸氫機(jī)制吸氫動(dòng)力學(xué)顯著受到溫度和壓力的影響金屬氫化物吸氫的機(jī)制和氫化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)吸氫機(jī)制吸氫動(dòng)力學(xué)氫氣在晶體中的位置氫氣在晶體中的位置

儲(chǔ)氫合金在室溫附近可與從常壓到幾十個(gè)大氣壓的壓力范圍的氫反應(yīng)，該合金活化容易、儲(chǔ)氫量較大，但該合金的動(dòng)力學(xué)特性較差、而且價(jià)格高昂?；A(chǔ)金屬間化合物：LaNi5，CaCu5結(jié)構(gòu)，氫原子占據(jù)晶格的四面體間隙。

LaNi5+3H2=LaNi5H6

一、AB5型儲(chǔ)氫合金該化合物的氫化反應(yīng)：LaNi5合金的特點(diǎn)：LaNi5的晶體結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫合AB5合金的優(yōu)化：A組元用混合稀土替代純稀土LaB組元用Mn、Co、Al、Cu、Cr、Ti、B等元素替代部分的Ni。晶胞體積的改變替代元素占據(jù)的位置替代元素與氫的作用元素替代改善合金的動(dòng)力學(xué)特性，調(diào)整合金吸/放氫溫度、平臺(tái)壓力等參數(shù)，同時(shí)顯著的降低合金的成本作用機(jī)理影響作用十分復(fù)雜AB5合金的優(yōu)化：A組元用混合稀土替代純稀土LaB組元用Mn組織結(jié)構(gòu)調(diào)整：均勻化退火快速凝固復(fù)合多相組織表面處理：表面包覆活化處理AB5合金的優(yōu)化：組織結(jié)構(gòu)調(diào)整：均勻化退火表面處理：表面包覆AB5合金的優(yōu)混合稀土金屬儲(chǔ)氫合金的種類繁多，各個(gè)合金的儲(chǔ)氫量、吸/放氫溫度與平臺(tái)壓力、抗粉化能力、活化難易程度等性能也有所不同。例1：MmNi4.5Al0.45Ti0.05合金儲(chǔ)氫量為w(H)1.3%、30oC時(shí)的分解壓為3atm、氫化物生成熱為-30kJ/molH2。例2：MmNi4.5(CoAlMn)0.5合金儲(chǔ)氫量為1.3(wt%)、30oC時(shí)的分解壓為30atm、氫化物生成熱為-7.3kcal/molH2

混合稀土金屬儲(chǔ)氫合金的種類繁多，各個(gè)合金的儲(chǔ)氫量、吸二、AB2型合金

以鋯為A組元的Laves相：ZrV2、ZrCr2、ZrCo2、Laves相的結(jié)構(gòu)特征：四面體堆垛點(diǎn)陣中的間隙都是四面體間隙，儲(chǔ)氫量大。吸氫時(shí)氫原子進(jìn)入四面體間隙造成點(diǎn)陣膨脹，但不導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化，這一點(diǎn)與前述的儲(chǔ)氫合金不同。二、AB2型合金以鋯為A組元的Laves相：ZrV2、Z二元Zr系A(chǔ)B2合金的特點(diǎn)：吸氫量高w(H)2.0%，抗中毒性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)。但難活化、平臺(tái)壓力過(guò)低、價(jià)格高。改善Zr系儲(chǔ)氫合金的主要方法：多元合金化：對(duì)于A組元常用Ti部分替代昂貴的Zr，對(duì)于B組元一般用Fe、Co、Mn、Ni等部分替代V和Cr來(lái)達(dá)到提升平衡壓力的目的，但儲(chǔ)氫量會(huì)有所降低。表面處理：氟化處理陽(yáng)極氧化堿液浸泡

去除表面鈍化膜活化表面例：Zr-Mn-Cr-Ni-Mo,Zr-Ti-Mn-V-Ni-Co，Zr-Ti-Mn-V-Ni-Fe等。二元Zr系A(chǔ)B2合金的特點(diǎn)：吸氫量高w(H)2.0%，抗中毒Mg的儲(chǔ)氫特點(diǎn)：含氫量最高的儲(chǔ)氫合金達(dá)w(H)7.6%，但是放氫溫度較高，1atm時(shí)的放氫溫度為287oC，而且反應(yīng)速度慢。三、Mg及Mg系合金

Mg2Ni的儲(chǔ)氫特點(diǎn):Laves相、儲(chǔ)氫量高w(H)3.6%，其1atm時(shí)的放氫溫度為253oC。動(dòng)力學(xué)特性較差。Mg＋H2

MgH2300~

400oC24-400atmMg2Ni+2H2Mg2NiH414atm200oCMg的儲(chǔ)氫特點(diǎn)：含氫量最高的儲(chǔ)氫合金達(dá)w(H)7.6%，但是LaMgNiCo合金：AB3型和A2B7型AB3合金結(jié)構(gòu)和A2B7合金結(jié)構(gòu)可表達(dá)為：因此,AB3合金和A2B7合金的吸放氫量可表達(dá)為：863重大項(xiàng)目??！LaMgNiCo合金：AB3型和A2B7型AB3合金結(jié)構(gòu)和新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件La-Mg-Ni系A(chǔ)B3型和A2B7型儲(chǔ)氫合金

存在的問(wèn)題：1.合金單相組織的獲得；2.合金成分的有效控制(稀土元素、Mg)；3.合金微觀結(jié)構(gòu)的有效表征。

863重大項(xiàng)目?。a-Mg-Ni系A(chǔ)B3型和A2B7型儲(chǔ)氫合金存在的問(wèn)題：Forphysicaladsorptiongroup,mostwidelystudiedmaterialsareporousmaterials,suchascarbonmaterialsandmetalorganicframeworks.Nano.Lett.Vol.4No.8,20041489-1492Phys.Chem.Chem.Phys.,2004,6,980-984J.Am.Chem.Soc.2001,123,5845MesoporouscarbonActivecarbonCarbonmaterialsCarbonNTsMaximumstoragecapacity:1.2mass%atroomtemperature10bar4.5mass%at77Kat10barForphysicaladsorptiongroup,新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件Hugespecificsurfacearea:3000m2/gPorediameter:1.3nmMaxstorageat77K:4.5%

at1baratroomtemp.:1.0at20bar77K298KHydrogenstorageinmetal-organicframeworksHugespecificsurfacearea:30儲(chǔ)氫合金的應(yīng)用儲(chǔ)氫合金的應(yīng)用新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件稀土儲(chǔ)氫合金的應(yīng)用鎳氫充電電池和HEV混合汽車動(dòng)力電池儲(chǔ)氫充電電池原理正極:Ni(HO)2+OH-

NiOOH-+H2O+e負(fù)極：M+H2O+eMH+OH-稀土儲(chǔ)氫合金的應(yīng)用儲(chǔ)氫充電電池原理儲(chǔ)氫合金最成功的應(yīng)用儲(chǔ)氫合金最成功的應(yīng)用

AB5typealloys.(LaPrCeNd)(CoMnAlNi)5X儲(chǔ)氫充電電池原理正極:Ni(HO)2+OH-

NiOOH-+H2O+e負(fù)極：

M+H2O+eMH+OH-AB5typealloys.儲(chǔ)氫充電電池原理正極:新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件Ithasbecomeincreasinglyclearthathydrogenasanenergycarrieris‘in’andcarbonaceousfuelsare‘out’.Hydrogenenergyishighefficiencyandnearzeroemissions.Thehydrogeneconomyiscoming.JamesA.Ritter,Materialstoday,September2003IthasbecomeincreasinglycleTheEnd！TheEnd！

氫能及儲(chǔ)氫材料

氫能及儲(chǔ)氫材料能源材料

能源、材料和信息(生物)被成稱為人類社會(huì)發(fā)展的三大支柱。所謂能源指的是提供能量的自然資源。人類的文明始于火的使用，燃燒把化學(xué)和能源緊緊地聯(lián)系在一起。人類巧妙的利用化學(xué)變化過(guò)程中所伴隨的能量變化，創(chuàng)造了現(xiàn)代物質(zhì)文明。能源定義可以直接或間接提供人類所需的光、熱、電、動(dòng)力等任何形式的載能體資源。能源材料能源、材料和信息(生物)被成稱為人能源的分類能源也可以分為再生能源和非再生能源—緊迫型分類非再生能源:經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年形成的、短期內(nèi)無(wú)法恢復(fù)的能源，稱之為非再生能源，如：石油、煤、天然氣等；再生能源：可連續(xù)再生、持續(xù)利用的一次能源稱為可再生能源，如水力、風(fēng)能、太陽(yáng)能等。能源的分類能源也可以分為再生能源和非再生能源—緊迫型分類一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度與消耗石油有關(guān)一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度與消耗石油有關(guān)新能源的重要性和迫切性！節(jié)約能源！保護(hù)環(huán)境！開(kāi)發(fā)新能源！太陽(yáng)能、氫能、二次電池、核能、生物質(zhì)能。電能、風(fēng)能、朝夕能、地?zé)崮艿鹊取Ｐ履茉吹闹匾院推惹行?！?jié)約能源！太陽(yáng)能、氫能、二次電池、核

可再生能源(新能源)新能源材料

太陽(yáng)能電池—太陽(yáng)能電池材料鋰離子電池---鋰離子電池材料鎳氫電池---儲(chǔ)氫材料燃料電池---燃料電池材料核能---核材料儲(chǔ)能---相變儲(chǔ)能材料風(fēng)能---高性能稀土永磁材料

…太陽(yáng)能電池—太陽(yáng)能電池材料“綠色能源”風(fēng)吹全球可再生資源----綠色能源●太陽(yáng)能●氫能●風(fēng)能●海洋能●核能●生物質(zhì)能能源危機(jī)和環(huán)境惡化能源危機(jī)和環(huán)境惡化氫能與氫能經(jīng)濟(jì)氫能與氫能經(jīng)濟(jì)氫能直接燃燒：代替煤、天然氣等；鎳氫電池：二次電池；核聚變反應(yīng)堆：氚工廠；燃料電池原料；

……電子電能氧氣廢水熱氫氣質(zhì)子陽(yáng)極陰極聚合物隔膜單一電池氫能直接燃燒：代替煤、天然氣等；電子電能氧氣廢水熱氫氣質(zhì)子陽(yáng)氫能社會(huì)構(gòu)想氫能社會(huì)構(gòu)想氫能—

清潔、可持續(xù)

制氫氫能利用氫的儲(chǔ)存輸送氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)儲(chǔ)氫合金、碳納米管、NaAl、金屬有機(jī)化合物一次能源氫能利用與儲(chǔ)氫合金電池汽車熱泵傳感器電解、光催化氫能—清潔、可持續(xù)制氫氫能利用氫的儲(chǔ)存輸送氣態(tài)、液

儲(chǔ)氫材料HydrogenStorageMaterials儲(chǔ)氫材料新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件Hydrogenstorageinliquidstatehashighstoragecapacity,butitresumesalotofenergyinliquationandlowtemperaturekeeping,therefore,theenergyutilizationefficiencyislow.

HydrogenstorageinliquidstateHydrogenstorageinliquidsta新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件35and70MPacompressedhydrogengascylinders

100MPacompressedH2cylinderisalsobeingdeveloped.Thehydrogenstorageisabout2.7%at35MPaand5.5mass%at70MPa.

Dangerous!35and70MPacompressedhydrog新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件HydrogenstoragepropertiesRequirementCapacity(mass%)>

6%Capacity(g/l)>

60Hydrogenabsorptionrate<

5minHydrogendesorptionrate<

3hplateauspressureNearseveralBaratroomtemp.SecurityNoignition,explosion,poisonCycliclife>

500Workingtemperature25-100

oCRequirementsforhydrogenstoragematerialsHydrogenstoragepropertiesReqTypes/PropertiesAB5

AB2

ABA2BLaNi5(Mm,ML)ZrM2

,TiM2

(M:Mn,Ni,V)TiFeMg2NiStoragecapacity(mass%)

1.4%Low1.8~2.4%1.86%3.6%HighActivationEasyDifficultinfirstprocessDifficultDifficultStoragerateFastatroomTemp.Absorptionanddesorptionatroomtemp.Absorptionanddesorptionatroomtemp.lowratesWorkingtemp.>300C.

CycliclifeExcellentPoorPoorFineStabilityExcellentFineWeakFineCostHighCheapCheapQuitecheapIntermetalliccompoundsandtheirhydrogen-storagepropertiesTypes/PropertiesAB5AB2ABA2BMg-basedcompoundsCompoundsHydrogenstoragecapacity（wt%）Mg2NiH43.6Mg2CoH54.3Mg2Cu2.4Mg2FeH65.5MgH27.7Volumeforstorageof4kgH2indifferentstatesForimprovingMg2Ni’sproperties,manyresearchesarecarriedoutandmanykindsofMg-basedcompoundsarestudied.AsMg-basedcompoundshavehighstoragecapacityandlowcost,itwillreceivemoreandmoreattentioninfuture.

3.6wt%1.4wt%Mg-basedcompoundsCompoundsHydHydrideMass%hydrogen

Availability

KAlH45.8J.Alloy.Compd(2003)353,310LiAlH410.6CommerciallyavailableLiBH418.5CommerciallyavailableAl(BH4)316.9J.Am.Chem.Soc.(1953)75,209LiAlH2(BH4)215.3Britishpatents840572,863491Mg(AlH4)29.3Inorg.Chem.(1970)9,235Mg(BH4)214.9Inorg.Chem.(1972)11,929Ca(AlH4)27.9J.Inorg.Nucl.Chem.(1955)1,377NaAlH47.5CommerciallyavailableNaBH410.6CommerciallyavailableTi(BH4)313.1J.Am.Chem.Soc.(1949),71,2488Zr(BH4)38.9J.Am.Chem.Soc.(1949),71,2488Mass%ofhydrogenineachmoleculeisbasedontheoreticalmaximumComplexhydridesforhydrogenstorageapplicationsJamesA.Ritter*,ArminD.Ebner,JunWang,andRagaiyZidan,Mater,Today2003,9,18HydrideMass%hydrogenAvailabiPapernumberincreaseinrecenttenyears,red:thetotalpapernumberofallhydrogenstoragematerials,Green:thepapernumberofcomplexhydrides.Papernumberincreaseinrecen新能源材料-儲(chǔ)氫材料課件主要的儲(chǔ)氫材料及發(fā)展歷程

AB5-LaNi5(MmNi5-xMx)

儲(chǔ)氫量1.5wt%、動(dòng)力學(xué)好、較貴

AB2-ZrCr2(Ti1-xZrxCrMn)

儲(chǔ)氫量2.0wt%、動(dòng)力學(xué)好、昂貴、難活化

AB–FeTi

儲(chǔ)氫量1.8wt%、動(dòng)力學(xué)好、易中毒、歧化

A2B-Mg2Ni

儲(chǔ)氫量3.6wt%、動(dòng)力學(xué)差

Mg儲(chǔ)氫量7.6wt%、動(dòng)力學(xué)很差（約400oC、30atm)。其它儲(chǔ)氫材料：碳納米管

AlNa化合物其它…主要的儲(chǔ)氫材料及發(fā)展歷程AB5-LaNi5(Mm儲(chǔ)氫合金的氫化反應(yīng)熱力學(xué)氫化過(guò)程的PCI圖VanderHoff

方程儲(chǔ)氫合金的氫化反應(yīng)熱力學(xué)氫化過(guò)程的PCI圖VanderHo金屬氫化物吸氫的機(jī)制和氫化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)吸氫機(jī)制吸氫動(dòng)力學(xué)顯著受到溫度和壓力的影響金屬氫化物吸氫的機(jī)制和氫化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)吸氫機(jī)制吸氫動(dòng)力學(xué)氫氣在晶體中的位置氫氣在晶體中的位置

儲(chǔ)氫合金在室溫附近可與從常壓到幾十個(gè)大氣壓的壓力范圍的氫反應(yīng)，該合金活化容易、儲(chǔ)氫量較大，但該合金的動(dòng)力學(xué)特性較差、而且價(jià)格高昂?；A(chǔ)金屬間化合物：LaNi5，CaCu5結(jié)構(gòu)，氫原子占據(jù)晶格的四面體間隙。

LaNi5+3H2=LaNi5H6

一、AB5型儲(chǔ)氫合金該化合物的氫化反應(yīng)：LaNi5合金的特點(diǎn)：LaNi5的晶體結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫合AB5合金的優(yōu)化：A組元用混合稀土替代純稀土LaB組元用Mn、Co、Al、Cu、Cr、Ti、B等元素替代部分的Ni。晶胞體積的改變替代元素占據(jù)的位置替代元素與氫的作用元素替代改善合金的動(dòng)力學(xué)特性，調(diào)整合金吸/放氫溫度、平臺(tái)壓力等參數(shù)，同時(shí)顯著的降低合金的成本作用機(jī)理影響作用十分復(fù)雜AB5合金的優(yōu)化：A組元用混合稀土替代純稀土LaB組元用Mn組織結(jié)構(gòu)調(diào)整：均勻化退火快速凝固復(fù)合多相組織表面處理：表面包覆活化處理AB5合金的優(yōu)化：組織結(jié)構(gòu)調(diào)整：均勻化退火表面處理：表面包覆AB5合金的優(yōu)混合稀土金屬儲(chǔ)氫合金的種類繁多，各個(gè)合金的儲(chǔ)氫量、吸/放氫溫度與平臺(tái)壓力、抗粉化能力、活化難易程度等性能也有所不同。例1：MmNi4.5Al0.45Ti0.05合金儲(chǔ)氫量為w(H)1.3%、30oC時(shí)的分解壓為3atm、氫化物生成熱為-30kJ/molH2。例2：MmNi4.5(CoAlMn)0.5合金儲(chǔ)氫量為1.3(wt%)、30oC時(shí)的分解壓為30atm、氫化物生成熱為-7.3kcal/molH2

混合稀土金屬儲(chǔ)氫合金的種類繁多，各個(gè)合金的儲(chǔ)氫量、吸二、AB2型合金

以鋯為A組元的Laves相：ZrV2、ZrCr2、ZrCo2、Laves相的結(jié)構(gòu)特征：四面體堆垛點(diǎn)陣中的間隙都是四面體間隙，儲(chǔ)氫量大。吸氫時(shí)氫原子進(jìn)入四面體間隙造成點(diǎn)陣膨脹，但不導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化，這一點(diǎn)與前述的儲(chǔ)氫合金不同。二、AB2型合金以鋯為A組元的Laves相：ZrV2、Z二元Zr系A(chǔ)B2合金的特點(diǎn)：吸氫量高w(H)2.0%，抗中毒性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)。但難活化、平臺(tái)壓力過(guò)低、價(jià)格高。改善Zr系儲(chǔ)氫合金的主要方法：多元合金化：對(duì)于A組元常用Ti部分替代昂貴的Zr，對(duì)于B組元一般用Fe、Co、Mn、Ni等部分替代V和Cr來(lái)達(dá)到提升平衡壓力的目的，但儲(chǔ)氫量會(huì)有所降低。表面處理：氟化處理陽(yáng)極氧化堿液浸泡

去除表面鈍化膜活化表面例：Zr-Mn-Cr-Ni-Mo,Zr-Ti-Mn-V-Ni-Co，Zr-Ti-Mn-V-Ni-Fe等。二元Zr系A(chǔ)B2合金的特點(diǎn)：吸氫量高w(H)2.0%，抗中毒Mg的儲(chǔ)氫特點(diǎn)：含氫量最高的儲(chǔ)氫合金達(dá)w(H)7.6%，但是放氫溫度較高，1atm時(shí)的放氫溫度為287oC，而且反應(yīng)速度慢。三、Mg及Mg系合金

Mg2Ni的儲(chǔ)氫特點(diǎn):Laves相、儲(chǔ)氫量高w(H)3.6%，其1atm時(shí)的放氫溫度為253oC。動(dòng)力學(xué)特性較差。Mg＋H2

MgH2300~

400oC24-400atmMg2Ni+2H2Mg2NiH414atm200oCMg的儲(chǔ)氫特點(diǎn)：含氫量最高的儲(chǔ)氫合金達(dá)w(H)7.6%，但是LaMgNiCo合金：AB3型和A2B7型AB3合金結(jié)構(gòu)和A2B7合金結(jié)構(gòu)可表達(dá)為：因此,AB3合金和A2B7合金的吸放氫量可表達(dá)為：863重大項(xiàng)目??！LaMgNiCo