储氢材料综述ppt课件

储氢材料研究概况 目录 储氢材料的要求储氢材料的分类小结 储氢材料的要求 单位质量 单位体积吸氢量高不易于空气中的气体反应用于储氢时生成热小反复吸放氢时粉化倾向小成本低 储氢材料分类 物理方式储氢化学方式储氢 物理方式储氢 活性炭 碳纳米材料等利用物理吸附储氢 活性炭所需温度低 研究的重点是提高储氢温度 碳纳米材料碳纳米材料包括碳纳米纤维 碳纳米管和石墨烯等 碳纳米纤维吸氢量可达5wt 10wt 碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管 纯单壁碳纳米管的常温储氢容量高达5wt 10wt 缺点是成本过高 化学方式储氢 金属 合金 储氢材料络合氢化物储氢材料 金属 合金 储氢材料 金属 合金 储氢材料与氢反应 M 金属或者合金吸氢放热 放氢吸热由P C T曲线图可知 反应进行的方向取决于温度和氢压力 P C T曲线图 1 金属 合金 储氢材料分类 A5BA2BABAB2V和V基固溶体 A元素 容易形成稳定氢化物的放热型金属B元素 难于形成氢化物的吸热型金属 AB5型 典型代表 LaNi5室温下 与几个大气压的氢反应 LaNi5 3H2 LaNi5H6储氢量约1 4wt 优点 吸氢量大 易活化 不易中毒 平衡压力适中 滞后小 吸放氢快等 缺点 易粉化 成本高 A2B型 典型代表 Mg2Ni在1 4MPa 200 条件下 Mg2Ni 2H2 Mg2NiH4储氢量约3 6wt 优点 密度小 储氢容量高 价格低廉 资源丰富 缺点 活化困难 反应速度慢 放氢温度高 AB型 典型代表 TiFe室温下 平衡氢压为0 3MPa储氢量约1 86wt 优点 储氢量大 放氢温度低 价格低廉 资源丰富 缺点 活化困难 滞后较大 易中毒 反复吸氢性能降 AB2型 典型代表 ZrMn2储氢量约1 8wt 优点 储氢量大 易活化 反应速度快 缺点 氢化物生成热大 吸放氢平台压力低 成本高 V和V基固溶体 典型代表 V0 9Ti0 1 0 95Fe0 05储氢量约3 7wt 优点 储氢密度较大 平衡压适中 能在室温条件下大量储氢 尤其是抗粉化性能好缺点 合金熔点高 价格昂贵 制备相对比较困难 对环境不太友好 不适合大规模应用 改变化学计量元素替代 金属储氢材料的改良 络合氢化物 概念 碱金属和碱土金属与氢化合形成配位氢化物 优点 质量储氢密度高缺点 1 放氢动力学和可逆吸放氢性能差 2 配位氢化物放氢一般多步进行 每步放氢条件不一样 因此 实际储氢量和理论值有较大差别 常见的有 铝氢化物硼氢化物氮氢化物 铝氢化物 典型代表 LiAlH4 第三步反应温度在400 以上 明显不适合车载使用 因此以前两步为主 放氢量约7 9wt 硼氢化物 典型代表 LiBH4LiBH4 LiH B 3 2H2 600K H 69kJ molH2放氢量约13 8wt LiBH4中加入LiNH2反应如下 LiBH4 2LiNH2 Li3BN2 4H2 450K H 23kJ molH2 放氢量约7 9wt 9 5wt 氮氢化物 典型代表 LiNH2Li3N 2H2 LiH Li2NH H2 LiNH2 2LiH储氢量约10 5wt 氨硼烷 氨硼烷 NH3BH3 NH3BH3 NH2BH2 n H2 70 112 NH2BH2 n NHBH n nH2 155 350 NHBH n nBN n 2H2 大于350 前两步放氢量约10wt 难点是实现低温脱氢和抑制杂质副产物 掺杂掺杂改善了配位氢化物的脱氢性能 4 K2TiF6掺杂NaAlH4体系与纯NaAlH4脱氢相比 动力学性能显著提高 络合氢化物性能改善 KK2TiF6掺杂NaAlH4与纯NaAlH4样品的脱氢曲线 3 阴阳离子替代阴阳离子替代改善价键结合能 进而改善热稳定性和动力学性能 4 阳离子替代用Li原子部分替代对Na3AlH6中的Na原子 形成Na2LiAlH6 该氢化物平台压降低 阴离子替代用F原子部分替代Na3AlH6中的H原子 形成Na3AIH6 xFx 该氢化物展现了较好的平台性能 氢化物反应失稳氢化物反应失稳是通过添加适当的反应物来改变氢化物的原有分解路径 以形成更加稳定的脱氢产物 4 AH2 B ABx xB反应焓较小 从而降低了氢化物的分解温度 且易于可逆加氢反应的进行 不同脱氢反应路径焓变示意图 3 小结 金属 合金 储氢存在着储氢量低等问题 常用改变元素化学计量比 元素替代等方法改善其性能 络合氢化物储氢量高 但是放氢困难 常用掺杂等方法改善其性能 参考文献 1 胡子龙 贮氢材料 M 北京 化学工业出版社 2002 2 LiuY ChuL ZhouH GaoM WangQ AnovelcatalystprecursorK2YiF6withremarkablesynergeticeffectsofK TiandFtogetheronreversiblehydrogenstorageofNaAlH4 J Chem Commun 2011 47 1740 1742 3 VajoJJ OlsonGL H