儲能技術(shù)專題講座：儲氫材料概述

2024/4/171儲氫材料概述報告人：趙平指導教師：張華民研究員SeminarI2024/4/172一、緒言

氫－二十一世紀

的綠色能源2024/4/1731.1能源危機與環(huán)境問題化石能源的有限性與人類需求的無限性－石油、煤炭等主要能源將在未來數(shù)十年至數(shù)百年內(nèi)枯竭?。。。萍既請?，2004年2月25日，第二版）化石能源的使用正在給地球造成巨大的生態(tài)災難－溫室效應、酸雨等嚴重威脅地球動植物的生存?。。∪祟惖某雎泛卧?？－新能源研究勢在必行！?。?024/4/1741.2氫能開發(fā)，大勢所趨氫是自然界中最普遍的元素，資源無窮無盡－不存在枯竭問題氫的熱值高，燃燒產(chǎn)物是水－零排放，無污染

，可循環(huán)利用氫能的利用途徑多－燃燒放熱或電化學發(fā)電氫的儲運方式多－氣體、液體、固體或化合物2024/4/1751.3實現(xiàn)氫能經(jīng)濟的關鍵技術(shù)廉價而又高效的制氫技術(shù)安全高效的儲氫技術(shù)－開發(fā)新型高效的儲氫材料和安全的儲氫技術(shù)是當務之急車用氫氣存儲系統(tǒng)目標：IEA:質(zhì)量儲氫容量>5%;體積容量>50kg(H2)/m3DOE:>6.5%,

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62kg(H2)/m32024/4/176二、不同儲氫方式的比較氣態(tài)儲氫：能量密度低不太安全液化儲氫：能耗高對儲罐絕熱性能要求高2024/4/177二、不同儲氫方式的比較固態(tài)儲氫的優(yōu)勢：體積儲氫容量高無需高壓及隔熱容器安全性好，無爆炸危險可得到高純氫，提高氫的附加值2024/4/1782.1體積比較2024/4/1792.2氫含量比較2024/4/1710三、儲氫材料技術(shù)現(xiàn)狀3.1金屬氫化物3.2配位氫化物3.3納米材料2024/4/1711金屬氫化物儲氫特點反應可逆氫以原子形式儲存，固態(tài)儲氫，安全可靠較高的儲氫體積密度Abs.Des.M+x/2H2MHx+?H2024/4/1712PositionforHoccupiedatHSM

HydrogenonTetrahedralSites

HydrogenonOctahedralSites2024/4/17133.1金屬氫化物儲氫目前研制成功的：稀土鑭鎳系鈦鐵系鎂系鈦/鋯系2024/4/1714稀土鑭鎳系儲氫合金

典型代表：LaNi5,荷蘭Philips實驗室首先研制

特點：

活化容易平衡壓力適中且平坦，吸放氫平衡壓差小抗雜質(zhì)氣體中毒性能好適合室溫操作

經(jīng)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)廣泛用于鎳/氫電池2024/4/1715PCTcurvesofLaNi5alloy

2024/4/1716鈦鐵系典型代表：TiFe，美Brookhaven國家實驗室首先發(fā)明價格低室溫下可逆儲放氫易被氧化活化困難抗雜質(zhì)氣體中毒能力差實際使用時需對合金進行表面改性處理2024/4/1717PCTcurvesofTiFealloy

TiFe(40℃)2024/4/1718TiFealloy

Characteristics:

twohydridephases;phase(TiFeH1.04)&

phase(TiFeH1.95)2.13TiFeH0.10+1/2H2→2.13TiFeH1.042.20TiFeH1.04+1/2H2→2.20TiFeH1.95

2024/4/1719鎂系典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven國家實驗室首先報道儲氫容量高資源豐富價格低廉放氫溫度高（250－300℃）放氫動力學性能較差改進方法：機械合金化－加TiFe和CaCu5球磨，或復合2024/4/1720鈦/鋯系具有Laves相結(jié)構(gòu)的金屬間化合物原子間隙由四面體構(gòu)成，間隙多，有利于氫原子的吸附TiMn1.5H2.5日本松下（1.8％）Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4活性好用于：氫汽車儲氫、電池負極Ovinic

2024/4/17213.2配位氫化物儲氫堿金屬（Li、Na、K）或堿土金屬（Mg、Ca）與第三主族元素(B、Al)形成儲氫容量高再氫化難(LiAlH4在TiCl3、TiCl4等催化下180℃，8MPa氫壓下獲得5％的可逆儲放氫容量)2024/4/1722金屬配位氫化物的的主要性能℃2024/4/17233.3碳納米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授發(fā)現(xiàn)CNTs2024/4/1724納米碳管儲氫-美學者Dillon1997首開先河

單壁納米碳管束TEM照片多壁納米碳管TEM照片2024/4/1725納米碳管吸附儲氫：HydrogenstoragecapacitiesofCNTsandLaNi5forcomparison(datadeterninedbyIMR，RT，10MPa)2024/4/1726納米碳管電化學儲氫開口多壁MoS2納米管及其循環(huán)伏安分析循環(huán)伏安曲線2024/4/1727納米碳管電化學儲氫2024/4/1728

多壁納米碳管電極循環(huán)充放電曲線，經(jīng)過100充放電后

保持最大容量的70％單壁納米碳管循環(huán)充放電曲線，經(jīng)過100充放電后

保持最大容量的80％2024/4/1729碳納米管電化學儲氫小結(jié)

純化處理后多壁納米碳管最大放電容量為1157mAh/g，相當于4.1％重量儲氫容量。經(jīng)過100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503mAh/g，相當于1.84％重量儲氫容量。經(jīng)過100充放電后，其仍保持最大容量的80％。

2024/4/1730納米材料儲氫存在的問題：世界范圍內(nèi)所測儲氫量相差太大：0.01（wt）%-67（wt）%,如何準確測定？儲氫機理如何2024/4/1731四、結(jié)束語－氫能離我們還有多遠？氫能作為最清潔的可再生能源，近10多年來發(fā)達國家高度重視，中國近年來也投入巨資進行相關技術(shù)開發(fā)研究氫能汽車在發(fā)達國家已示范運行，中國也