1、儲氫材料概述報告人： 趙 平 指導(dǎo)教師： 張華民 研究員Fuel cell R&D centerDalian Institute of Chemical PhysicsChinese Academy of Science2004年4月Seminar I2022/8/51第1頁，共31頁。一、緒言 氫二十一世紀的綠色能源2022/8/52第2頁，共31頁。1.1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(zāi)難溫室效應(yīng)、酸雨等嚴重威脅地球動植物的生存！人類的出路

2、何在？新能源研究勢在必行！2022/8/53第3頁，共31頁。1.2 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(xué)發(fā)電氫的儲運方式多氣體、液體、固體或化合物2022/8/54第4頁，共31頁。1.3 實現(xiàn)氫能經(jīng)濟的關(guān)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(wù)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%, 62kg(H2)/m32022/8/55第5頁，共31頁。二、不同儲氫方式

3、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2022/8/56第6頁，共31頁。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2022/8/57第7頁，共31頁。2.1 體積比較2022/8/58第8頁，共31頁。2.2 氫含量比較2022/8/59第9頁，共31頁。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2022/8/510第10頁，共31頁。金屬氫化物儲氫特點反應(yīng)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

4、+ H 2022/8/511第11頁，共31頁。Position for H occupied at HSM Hydrogen on Tetrahedral Sites Hydrogen on Octahedral Sites2022/8/512第12頁，共31頁。3.1 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2022/8/513第13頁，共31頁。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MmNi3.55Co0.75Mn0.47Al

5、0.3(Mm混合稀土，主要成分La、Ce、Pr、Nd)廣泛用于鎳/氫電池2022/8/514第14頁，共31頁。PCT curves of LaNi5 alloy 2022/8/515第15頁，共31頁。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2022/8/516第16頁，共31頁。PCT curves of TiFe alloy TiFe(40 )2022/8/517第17頁，共31頁。TiFe alloyCharacteristics: two hydride phases

6、; phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 ) 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 2.13TiFeH1.04 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 2.20TiFeH1.95 2022/8/518第18頁，共31頁。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（250300 ）放氫動力學(xué)性能較差改進方法：機械合金化加TiFe和CaCu5球磨，或復(fù)合2022/8/519第19頁，共31頁。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.

7、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 2022/8/520第20頁，共31頁。3.2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)2022/8/521第21頁，共31頁。金屬配位氫化物的的主要性能2022/8/522第22頁，共31頁。3.3碳納米管（CNTs）1991年日本NEC公司Iijima教授發(fā)現(xiàn)CNTs2022/8/523第23頁，共31

8、頁。納米碳管儲氫-美學(xué)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2022/8/524第24頁，共31頁。納米碳管吸附儲氫：Hydrogen storage capacities of CNTs and LaNi5 for comparison (data deternined by IMR，RT，10MPa)2022/8/525第25頁，共31頁。納米碳管電化學(xué)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2022/8/526第26頁，共31頁。納米碳管電化學(xué)儲氫2022/8/527第27頁，共31頁。 多壁納米碳管電極循環(huán)充放電曲線，經(jīng)過100充放電

9、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802022/8/528第28頁，共31頁。碳納米管電化學(xué)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。 2022/8/529第29頁，共31頁。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2022/8/530第30頁，共31頁。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(guān)技術(shù)開發(fā)研究氫能汽車在發(fā)達國家已示范運行，中國也正在籌劃引進氫能汽車商業(yè)化的障礙是成本高，高